Faltung und Strukturensemble der naszierenden HIV-1 RRE RNA

Das humane Immunodefizienz-Virus (HIV) ist die Ursache für das Entstehen von AIDS (engl. acquired immunodeficiency syndrome; ,erworbenes Immunodefizienzsyndrom), einer Krankheit, die jährlich mehr als 600.000 Todesfälle verursacht. Zahlreiche Aspekte des Lebenszyklus des HI-Virus werden von Ribonukleinsäuren (RNA) gesteuert. Das sogenannte Rev response element (RRE) ist eine solche regulatorische RNA im HI-Virus. Das HIV-Genom ist außerordentlich klein (9000 Basen) und muss daher anders prozessiert werden als das Genom der Wirtszelle nachdem es in RNA transkribiert wurde. Bei der Transkription wird der genetische Code von DNA (Desoxyribonukleinsäure), dem Langzeitspeicher für die Gene, auf RNA kopiert, die dann zugeschnitten wird und als Bauplan für die viralen Partikel dient. Das bedeutet jedoch, dass das Virus für dieses Zuschneiden, genannt Spleißen, nicht die normalen Wege der Wirtszelle verwenden kann. Im Gegenteil muss dieses Spleißen umgangen werden. Die RRE RNA ist der Schlüssel zum Erreichen dieses Ziels. Das RRE rekrutiert Proteine, die eine Hülle um die HIV RNA bilden, die vor den entsprechenden Enzymen der Wirtszelle schützt. Daher ist das RRE entscheidend für die erfolgreiche Replikation des Virus. Zahlreiche Aspekte der RRE RNA sind nach wie vor unerforscht. Beispielsweise ist wurde gezeigt, dass diese RNA sehr dynamisch ist. Manche RRE Moleküle besitzen andere Basenpaarungsmuster als die anderen. Bisher ist jedoch nur wenig über den Sinn dieser Flexibilität bekannt. Des Weiteren werden alle RNAs in der Zelle sequenziell transkribiert (ähnlich einer Kette, der Segmente hinzugefügt werden). Irgendwann im Laufe dieses Prozesses bildet das RRE seine charakteristische Struktur aus. Wie dieser Faltungsprozess von statten geht, ist jedoch unklar. Dieses Forschungsprojekt soll die Frage beantworten, wie sich die wachsende RRE RNA-Kette in seine native Struktur faltet und was die individuellen Auslöser für die Faltungsprozesse sind. Die wichtigsten strukturellen Eigenschaften für die Faltung sind möglicherweise nur für kurze Zeit während dieses Prozesses zu beobachten. Dieses Wissen könnte entscheidend für die Entwicklung neuartiger Arzneimittel sein. So wie eine einzige falsche Faltung eine Origami- Skulptur zerstört, könnten diese Wirkstoffe wichtige Zwischenstufen des Faltungsprozesses binden und dafür sorgen, dass die RNA in eine falsche, unwirksame Struktur gefaltet wird. Des Weiteren sollen spezielle, seltene RRE Strukturen, sogenannte excited states untersucht werden. In anderen Systemen sind solche Strukturen oft entscheidend für die Funktion von RNAs. Diese Fragen sollen mit hochspezialisierten Techniken beantwortet werden. Dazu zählen Kernspinmagnetresonanzspektroskopie, die, ähnlich wie MRT in der Medizin, die magnetischen Eigenschaften der Atomkerne ausnützt, um molekulare Dynamiken zu untersuchen und SHAPE- MaP wo chemische Modifikationen von RNAs genützt werden, um ihre Sekundstrukturen zu untersuchen.