Entschlüsselung von RNA-Modifikationsmustern entlang einzelner Moleküle: Modifikationswechselwirkungen im Kontext der angeborene Immunität

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Janine Altmüller; Professor Dr. Christoph Dieterich
• Fachliche Zuordnung: Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Bioinformatik und Theoretische Biologie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 548112559

Derzeit sind nur einige der vielen mRNA-Modifikationstypen durch Sequenzierungsansätze umfassend kartiert. Während also die Positionen einiger RNA-Modifikationen bekannt sind, fehlen quantitative stöchiometrische Informationen über Modifikationsniveau und deren Vorkommen entlang einzelner Moleküle weitestgehend. Ebenso fehlen Informationen über Zusammenspiel und gleichzeitiges Auftreten verschiedener Modifikationen entlang einzelner Moleküle mit Ausnahme der gut charakterisierter tRNAs und rRNAs. Um den regulatorischen Code von RNA-Modifikationen im Immunsystem, sowie Wechselwirkungen zwischen Modifikationen zu verstehen, möchten wir in diesem Antrag folgende Fragen beantworten: 1) Sind alle Moleküle im gleichen Ausmaß durch RNA-Modifikationen betroffen? 2) Gibt es Abhängigkeiten zwischen verschiedenen Arten von RNA-Modifikationen? 3) Gibt es Abhängigkeiten zwischen der gleichen Art von RNA-Modifikationen? 4) Ist das Anbringen von RNA Modifikationen prozessiv? 5) Gibt es spezifische Modifikationsmuster, welche angeborene Immunantworten unterdrücken? Diese Fragen werden mit modernsten Sequenzierungstechnologien, wie Long-Read-Sequenzierung an einzelnen, in vitro oder in vivo modifizieren RNA-Molekülen, beantworten. RNAs aus Zellen oder Tieren mit unterschiedlichem genetischem Hintergrund erlauben, das Zusammenspiel verschiedener RNA-Modifikationen, sowie deren positionsspezifische Anbringung durch einzelne modifizierende Enzyme, zu analysieren. Ein Fokus wird auf das gemeinsame Vorkommen und die lineare Verteilung der häufigen Modifikationen m6A und Inosin gelegt. Verständnis der räumlich- zeitlichen Anbringung von Modifikationen an einzelnen Molekülen wird uns erlauben, Modifikationsmuster, welche die angeborene Immunantwort modulieren, zu entschlüsseln. Solche Modifikationsmuster können dann künstlich in Substrat-RNAs eingebaut, und auf deren Fähigkeit Immunaktivierung zu beeinträchtigen, getestet werden. Die genannten offenen Fragen werden durch komplementäre Einzelmolekültechniken wie DART-seq auf der PacBio-Plattform und direct RNA-seq auf der Nanopore-Plattform mit neuen bioinformatischen Analyseansätzen beantwortet werden. Die Einzel-Molekül Analyse erlaubt es, das Auftreten und die Wechselwirkung von Modifikationen im gesamten mRNA-Transkriptom zu charakterisieren. So identifizierte RNA-Modifikationsmuster werden helfen, den Modifikationscode, der das Erkennen von RNAs durch das angeborene Immunsystem steuert, zu entziffern. Dieser hochinnovative Antrag wird erstmalig mehrerer Modifikationstypen entlang einzelner Moleküle nachweisen und die Koordination von RNA-Modifikationen entlang einzelner Moleküle aufklären. Der Antrag vereint Expertise der experimentellen RNA-Biologie, der RNA-Bioinformatik und der Sequenzierung mit Technologien der 3. Generation.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich
• Partnerorganisation: Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF)
• Kooperationspartner: Professor Dr. Michael F. Jantsch