Einfluss des Adenosine Deaminase medierten RNA-editing auf das pre-mRNA Spleissen

In Eukaryoten wird genetische Information, welche in DNA gespeichert ist, im Zellkern in RNA transkribiert. Die RNA wird anschließend aus dem Zellkern exportiert um im Zytoplasma translatiert zu werden. Dieser scheinbar direkte Fluss an genetischer Information kann durch zwei wichtige post-transkriptionelle Prozesse verändert werden, dem prä-mRNA Spleissen und dem RNA-editing. Beide Prozesse können genetische Information modifizieren und so zu einer regulierten, aber transienten Veränderung der genetischen Information führen. In Metazoa ist die häufigste Form der Nucleotid-Veränderung in RNA durch RNA-spezifische Adenosine Deaminasen (ADARs) hervorgerufen, welche tausende mRNAs in Säugern modifizieren. Ebenso ist das alternative Spleissen in Säugern am weitesten verbreitet. Um neue, funktionelle mRNAs generieren zu können, müssen beide Prozesse zeitlich und räumlich miteinander koordiniert werden. Interessanterweise finden beide Prozesse im Zellkern statt und sind vermutlich kotranskriptionell miteinander gekoppelt. Untersuchungenan einzelnen Substraten zeigten, dass RNAediting Spleiss- Erkennungsseqenzen generieren kann, die Effizienz des Spleissens beeinflussen kann, und die Auswahl von Spleiss-Sequenzen beeinflussen kann. In diesem Projekt wollen wir den Einfluss des ADAR-mediierten RNA-editings auf das prä- mRNA Spleissen studieren. Dies soll durch eine Traskriptom-weite Analyse von alternativen Spleissmustern in Mäusen mit eingeschränkter RNA-Editierungsaktivität erfolgen. Diese anspruchsvolle Herausforderung wird durch die Kombination zweier neuer RNA- Sequenzierungsmethoden erfolgen. Um auch mechanistische Erkenntnisse zu erlangen, wird der globale Ansatz durch eine detaillierte Analyse von Modell-Substraten komplementiert. Hier soll die RNA-Faltung, die Assemblierung von Spleiss-Faktoren, wie auch das Binden von Spleiss-Regulatoren in Abwesenheit und Gegenwart des RNA-Editings untersucht werden. Unsere Studie wird Einblick erlauben, wie die zwei wichtigsten Prozesse, welche genetische Information post-transkriptionell verändern können, miteinander quantitativ als auch qualitative vernetzt sind.

Ziel des vorliegenden Forschungsprojektes war es, das Zusammenspiel zweier RNA-Reifungsprozesse, das prä-mRNA Spleissen und das RNA-Editing zu untersuchen. Es konnte gezeigt werden, dass diese beiden Prozesse eng miteinander verknüpft sind und einander regulieren. Genetische Information ist in der DNA gespeichert und wird so von einer Zelle auf ihre Tochterzellen weitergegeben. Damit genetische Information in der Zelle genützt werden kann, wird diese vorerst in RNA umgeschrieben. Manche RNAs haben eine eigene zelluläre Funktion während andere RNAs erst in Proteine übersetzt werden müssen, um zelluläre Funktionen zu übernehmen. Forschungen der letzten 30 Jahre haben gezeigt, dass RNA nicht nur eine Kopie der genetischen Information darstellt, sondern auch selbst modifiziert werden kann, was zu einer Diversifizierung der genetischen Information führen kann. Wesentliche Prozesse der RNA-Diversifizierung sind das alternative Spleissen, wie auch das RNA-Editing. Beim RNA-Spleissen werden einzelne Abschnitte der RNA entfernt, und die verbleibenden Abschnitte wieder neu zusammengefügt. Je nachdem, welcher Abschnitt beim Spleissen entfernt wird, kann so die Information leicht verändert werden. Beim RNA-Editing werden einzelne Basen in ihrer Identität durch Entfernen von chemischen Gruppen verändert. So können Cytidin in Uridin und Adenin in Inosin desaminiert werden. Da Uridin als Thymin und Inosin als Guanin bei der Translation interpretiert wird, können so Proteine gebildet werden, welche im Genom nicht gespeichert sind. Sowohl das prä-mRNA-Spleissen als auch das RNA-Editing finden im Zellkern statt, vermutlich noch bevor die RNA fertig transkribiert ist. Im Rahmen dieses Projektes haben wir untersucht wie das Fehlen zweier RNA-editierender Enzyme, ADAR1 und ADAR2 das prä-mRNA Spleissen beeinflusst. Interessanterweise haben beide Enzyme einen anderen Einfluss auf das Spleissen, was unterschiedliche zugrundeliegende Mechanismen vermuten lässt.