Zwei Proteine kooperieren um die Faltung eines Gruppe I Introns in vivo zu ermöglichen

RNA spielt eine essentielle Rolle in den meisten zellulären Prozessen. Obwohl ihre Aufgaben äußerst vielfältig sind, teilen RNAs ihre strikte Abhängigkeit von der Ausbildung einer spezifischen dreidimensionalen Struktur, um ihre biologische Funktionen erfüllen zu können. Trotz ihrer Wichtigkeit für die Lebensfähigkeit einer Zelle, ist sehr wenig davon bekannt, wie sich RNA in vivo faltet and wie sie mit ihren Interaktionspartnern und Zielobjekten wechselwirken. Deshalb ist es von großer Bedeutung Einblicke in die Kräfte, die RNA Faltung bewirken und antreiben, zu gewinnen und auch zu etabilieren, wie sich das zelluläre Milieu auf die RNA Faltung auswirkt und diese beeinflusst. Dies ermöglicht grundlegende Mechanismen der RNA-abhängigen Prozesse zu verstehen. Katalytische RNAs, im besonderen Gruppe I Introns, stellen ein hervorragendes Modelsystem, um die RNA Faltung in der lebenden Zelle zu untersuchen, dar, weil ihre Struktur und Faltungswege in vitro sehr gut charakterisiert sind und die Ausbildung der nativen Konformation als Funktion von Katalyse gemessen werden. In diesem Antrag schlage ich vor, die intrazelluläre Struktur von dem Hefe mitochondrialen Gruppe I Intron bI5 zu bestimmen, welches von zwei nuklear-enkodierten Proteinen, Mss116p und Cbp2, abhängig ist, um effizient zu spleißen. In Gegensatz dazu ist Cbp2 notwending aber auch ausreichend die Faltung des Introns unter beinahe physiologischen Bedingungen zu stimulieren. Während der bI5-Cbp2 Komplex in vitro gut charakterisiert wurde, ist der Wirkungsmechanismus von Mss116p hingegen nicht bekannt. Indem die Mss116p- und Cbp2-induzierten konformationellen Änderungen in dem bI5 Gruppe I Intron in vivo beobachtet werden, werden wir die ersten mechanistischen Einblicke in die Art und Weise wie die Proteine die Faltung und in weitere Folge das Spleißen ihrer Ziel-RNA in Hefe Mitochondrien beeinflußen, gewinnen. Des weiteren werden wir die in vivo Studie durch die Erforschung des Assemblierungsweges des bI5-Cbp2-Mss116p Komplexes in vitro komplimentieren. Zusammengefasst, das Ziel dieses Forschungsantrages ist es, Prinzipien abzuleiten, das Zwischenspiel von RNA Faltung und der RNP Assemblierung steuern. Angesichts meiner Fachkenntnis in RNA Faltung in vitro und in vivo, sind wir hervorragend vorbereitet dieses Forschungsprojekt erfolgreich durchzuführen und dabei einen wesentlichen Beitrag für das RNA Forschunggebiet zu leisten. Letztendlich wird dieses schwierige und anspruchsvolle Projekt uns ermöglichen, das medizinische und biotechnologische Potential von katalytischer RNA besser auszunutzen.

In den letzten Jahren wurde mehr und mehr verdeutlicht, dass das Makromolekül RNA eine zentrale Rolle in allen zellulären Prozessen spielt. Obwohl diese RNAs sehr unterschiedlich in ihrem Aufbau und ihrer Funktion sind, müssen sie alle eine hoch-spezifische dreidimensionale Struktur einnehmen, um ihre Aufgaben in der Zelle erfüllen zu können. Der Prozess der RNA Faltung beschreibt den Weg, wie sich RNA von einem ungefaltenen, ungeordneten Zustand in die native, funktionelle Konformation faltet. Die Erforschung von solchen RNA Faltungswegen ist essentiell, um grundlegende Erkenntnisse über den Mechanismus von diesen RNA-abhängigen Prozessen zu gewinnen. Mein Forschungsprojekt zielt darauf ab, grundlegend neue Erkenntnisse über die RNA Faltung in der lebenden Zelle zu erlangen und stellt eine neue, innovative Forschungsrichtung dar.Dies ist auch von großer medizinischer Bedeutung, denn RNA spielt eine entscheidende Rolle in der Entstehung von genetischen Krankheiten und Krebs, der Virulenz von pathogenen Bakterien und der Ausbreitung von viralen Infektionen. Die Entwicklung von neuen therapeutischen Strategien, z.B. neue, potentere Antibiotika, ist entscheidend davon abhängig, dass wir Einsichten in die komplexe Natur der intrazellularen RNA Struktur und Faltung gewinnen. Indem die Mss116p- und Cbp2-induzierten konformationellen Änderungen in dem bI5 Gruppe I Intron in vivo als Modellsystems beobachtet haben, konnten wir die ersten mechanistischen Einblicke in die Art und Weise wie die Proteine die Faltung und in weitere Folge das Spleißen ihrer Ziel-RNA in Hefe Mitochondrien beeinflussen, gewinnen. Des weiteren haben wir die in vivo Studie durch die Erforschung des Assemblierungsweges des bI5-Cbp2-Mss116p Komplexes in vitro komplimentiert. Dadurch ist es uns gelungen, Prinzipien abzuleiten, das Zwischenspiel von RNA Faltung und der RNP Assemblierung steuern.