Design synthetischer RNase-resistenter RNA Strukturen

Krankheitserreger wie Dengue-, Zika-, Gelbfieber-, oder FSME-Viren sind Flaviviren, einzelsträngige RNA-Viren, deren Genom von hoch strukturierten, untranslatierten Regionen (UTRs) umgeben ist, die nicht für Proteine codieren. Innerhalb der UTR am Ende des Genoms schützen evolutionär konservierte RNA-Elemente, sogenannte exoribonuklease-resistente RNAs (xrRNAs) andere Teile der viralen RNA vor Abbau durch Exonukleasen. Dieser Prozess, der als RNA-Degradation bezeichnet wird, führt zur Produktion von stabilen RNA-Abbauprodukten, die sich in infizierten Zellen ansammeln und als subgenomische Flavivirus-RNAs (sfRNAs) bekannt sind. Diese sfRNAs spielen eine Rolle dabei wie das Virus Krankheiten verursacht. Wir werden künstliche xrRNAs designen, die den Abbau von RNA durch Exonukleasen regulieren können. Indem wir xrRNAs mit anderen RNA-Elementen, sogenannten Aptameren, kombinieren werden wir eine neue Klasse synthetischer RNAs entwerfen, die als molekulare Schalter fungieren und den Abbau von RNA ermöglichen oder verhindern. Diese sogenannten xrRNA-Riboswitchs ermöglichen es uns beispielsweise, die Geschwindigkeit des Abbaus von Messenger-RNA (mRNA) in biosynthetischen Netzwerken und lebenden Zellen zu kontrollieren. Zur Analyse der Strukturiertheit von xrRNAs werden wir bioinformatische Methoden einsetzen, um ein besseres Verständnis der für die Funktion von xrRNAs erforderlichen Eigenschaften zu erlangen. Basierend darauf werden wir synthetische xrRNAs entwerfen, die unterschiedliche Fähigkeit zum Schutz gegen Exonuklease- Abbau besitzen. Diese xrRNAs werden dann in lebenden Zellen und in zellfreien Umgebungen experimentell getestet, indem sie an Reporter-mRNAs gekoppelt und entsprechende Halbwertszeiten ermittelt werden. Darüber hinaus werden wir xrRNAs mit Aptameren kombinieren, die gegen Abbau schützende Elemente als Antwort auf das Vorhandensein oder Fehlen bestimmter kleiner Moleküle bilden können. Zusammenfassend werden wir eine neue Methode zur Regulation der Stabilität von RNA-Molekülen entwickeln, indem wir virale RNA-Elemente designen die einen enzymatischen Abbau gezielt kontrollieren können. Dies stellt einen neuen Ansatz in der synthetischen Biologie dar, der es erlaubt die Menge an RNA in einem spezifischen biologischen Kontext genau zu regulieren.