Molekulare Regulation des miR-17-92 clusters

MicroRNAs (miRNAs) sind kleine RNA-Moleküle in unseren Zellen, die beinahe alle biologischen Prozesse in Säugetieren kontrollieren. Obwohl wir inzwischen wissen, dass miRNAs diese Kontrolle dadurch ausüben, dass sie bestimmte Gene in unseren Zellen und damit deren Verhalten beeinflussen, sind noch immer viele Fragen offen. Es ist z.B. noch nicht vollständig geklärt, wie die miRNAs selbst reguliert werden, d.h. welche molekularen Vorgänge letztendlich dafür sorgen, dass eine miRNA aktiv wird. Im Prinzip gibt es verschiedene Ebenen, auf denen sich miRNAs steuern lassen. So kann u.a. die Synthese der miRNAs oder deren Reifung von einem Vorläufer zu der aktiven Form reguliert werden. Auch die Änderungen in der Stabilität bzw. dem Abbau der reifen Form können genutzt werden, um die Aktivität der miRNAs zu steuern. Insgesamt ist aber wenig über diese Vorgänge bekannt. Mit Hilfe dieses Antrags möchte ich daher versuchen, die Regulation einer Gruppe von miRNAs, dem miR-17-92-Cluster, genauer zu untersuchen. Eine erhöhte Expression des miR-17-92-Clusters ist im Zusammenhang mit verschiedenen humanen Krebsarten wie z.B. dem Lymphom beschrieben worden. Es handelt sich daher bei diesem Cluster um eine Gruppe von krebsfördernden miRNAs. Es ist daher nicht nur aus Sicht der Grundlagenforschung interessant, die Regulation dieses miRNA-Clusters zu verstehen, sondern es ist durchaus auch von medizinischer Bedeutung. Um die Mechanismen im Detail zu verstehen, die letztendlich den miR-17-92-Cluster auf der Molekülebene steuern, möchten wir in einem ersten Versuch jedes der etwa 20.000 Gene des menschlichen Organismus ausschalten. Mit Hilfe spezieller biologischer Sensoren können wir dann untersuchen, ob sich dieser Eingriff auf die Funktion der einzelnen miRNAs in den Clustern auswirkt. Die Kandidatengene, deren Zerstörung in der Tat zu einer veränderten Expression der miRNAs führt, werden dann in der Folge in Zellkultursystemen genauer analysiert und charakterisiert. So wollen wir z.B. wissen, auf welcher Ebene und auf welche Art und Weise die gefundenen Gene normalerweise die miRNA-Expression beeinflussen. In einem letzten Schritt möchten wir ferner prüfen, ob die besten Kandidaten aus unseren Experimenten auch in der Lage sind, die miRNAs in Krebsmodellen zu steuern, die der Erkrankung im Patienten nachempfunden sind. Genauer gesagt möchten wir herausfinden, ob man den miR-17-92-Cluster über die gefundenen Regulatorgene so steuern kann, dass das Wachstum der Krebszellen unterdrückt oder zumindest verlangsamt wird. Ist dies der Fall, so könnte man die hier gewonnenen Erkenntnisse als einen innovativen Ansatz zur Krebstherapie nutzen. Insgesamt hoffen wir, dass unsere Arbeit die Mechanismen der Regulation des miR-17-92-Clusters unter normalen Bedingungen sowie im Falle von Krebs- und anderen Erkrankungen aufklärt. Dieses grundlegende Verständnis kann uns auf lange Sicht helfen, die Funktion von miRNAs auch im Rahmen von Therapien zu nutzen.

MicroRNAs (miRNAs) sind kleine RNA-Moleküle in unseren Zellen, die beinahe alle biologischen Prozesse in Säugetieren kontrollieren. Obwohl wir inzwischen wissen, dass miRNAs diese Kontrolle dadurch ausüben, dass sie bestimmte Gene in unseren Zellen und damit deren Verhalten beeinflussen, sind noch immer viele Fragen offen. Es ist z.B. noch nicht vollständig geklärt, wie die miRNAs selbst reguliert werden und welche Faktoren genau an der Entstehung einzelner miRNAs beteiligt sind. Dies ist nicht nur aus Sicht der Grundlagenforschung interessant, sondern hat unter Umständen auch klinische und therapeutische Relevanz, da viele Erkrankungen des Menschen mit unkontrollierter Expression von miRNAs einhergehen. Um zu verstehen, welche Faktoren normalerweise für die Funktion von miRNAs benötigt werden, haben wir uns eine Methode zu Nutzen gemacht, bei der wir jedes der etwa 20.000 Gene des menschlichen Organismus ausschaltet haben. Mit Hilfe spezieller biologischer Sensoren, die die Aktivität bestimmter miRNAs in Zellen anzeigen, haben wir dann diejenigen Gene identifiziert, deren Verlust die Funktion von miRNAs beeinträchtigt. Hierbei haben wir in einem ersten Projekt einen Faktor namens SPF30 identifiziert, der an der Reifung aller miRNAs in unseren Zellen beteiligt ist. Zerstört man die Funktion von SPF30, so kommt es zu einer Reduktion der reifen, aktiven miRNA-Formen, während sich ein bestimmter miRNA-Vorläufer anreichert. Dies legt nahe, dass SPF30 normalerweise an der Verarbeitung dieser Vorläufermoleküle beteiligt ist. Mittels verschiedener Werkzeuge haben wir zeigen können, dass SPF30 ein Teil des sog. Mikroprozessor-Komplexes ist, der eine zentrale Funktion in der miRNA-Entstehung erfüllt, und dass SPF30 für die Funktion dieses Komplexes bzw. damit assoziierter Proteine eine wichtige Rolle spielt. In einem weiteren Teilprojekt haben wir ferner einen neuen Mechanismus in der Biogenese spezieller miRNAs beschreiben können. Bei diesem Prozess kommt es zu einer Form von "Nachbarschaftshilfe", bei der ein miRNA-Vorläufer einem anderen Vorläufer auf dem gleichen RNA-Strang bei der Reifung unterstützt. Diese Gruppierung von zwei oder mehr miRNA-Vorläufern auf einem RNA-Strang findet man sehr häufig, und unsere Daten zeigen, dass die von uns beschriebene Hilfe durch benachbarte Vorläufer in vielen gruppierten miRNAs eine Rolle spielt. Mechanistisch konnten wir zeigen, dass der Prozess von mindestens zwei Proteinen abhängt, nämlich SAFB2 und ERH, die ebenfalls an den Mikroprozessor binden. Dies führt dazu, dass der Enzymkomplex seine Aktivität verändert und infolgedessen RNA-Moleküle erkennt, die normalerweise nicht zu seinen bevorzugten Substraten gehören. Im Moment können wir nur spekulieren, welche Funktion dieser sonderbare Reifungsmechanismus normalerweise in Zellen übernimmt. Eine Möglichkeit scheint aber zu sein, dass dadurch die Entstehung neuartiger miRNAs im Laufe der Evolution ermöglicht wird.