Faltung und Dynamik ausgewählter Riboschalter

Riboschalter sind Genregulationssysteme, die überwiegend in den nicht-kodierenden 5-Regionen bakterieller Boten-RNA (mRNA) lokalisiert sind und spezifisch mit Metaboliten wechselwirken. In den letzten Jahren wurden große Fortschritte in der strukturellen Charakterisierung von Metabolit-gebundenen RIboschaltern erzielt. Für ein grundlegendes chemisches Verständnis ihrer Funktionsweise ist entscheidend, die RNA-Faltungs- und Ligandbindungsdynamik in vitro zu erforschen, um Licht auf ihren zellulären Genregulationsmechanismus werfen zu können. In diesem Sinne ist es erforderlich kombinierte (chemische) RNA-Restrukturierungs- und (biochemische) Transkriptions-/ Translationsexperimente durchzuführen, um die Ligandbindungsprozesse mit ihren Effekten auf die strangabwärts liegende Expressionplattform zu analysieren. Das vorliegende Forschungsvorhaben zielt auf ein besseres Verständnis der Ligand-induzierten Faltung und Dynamik von RNA Riboschaltern ab. Im Speziellen sollen der Faltungsprozess und die Faltungsdynamik der sogenannten preQ1 Klasse II (preQ1 cII) Riboschalter und ihre translationale Genkontrolle charakterisiert werden. Dieser Riboschalter bindet 7-Aminomethyl-7-deazaguanin (Pre-queuosine1 ; preQ1 ), einen Vorläufer des Nukleosids Queuosine, welches in tRNA vorkommt, durch eine Pseudoknotenstruktur. Der Faltungsprozess des Riboschalters soll mit Hilfe von 2-Aminopurin-Fluoreszenz und "Selektiver-2-Hydroxy-Acylierung"(SHAPE), aber auch mittels "Einzelmolekül-Fluoreszenz Resonanz-Energie-Transfer"(smFRET)-Spektroskopie und "Isothermaler-Titrations-Kalorimetrie"(ITC) analysiert werden. Die Kombination der Methoden wird es erlauben ausreichend Information über den PreQ1 -Riboschalter und dessen Dynamik zu erhalten, um ein detailiertes Modell zur Ligand-induzierten Faltung, welche für das AN/AUS-Schalten des Gens verantwortlich ist, zu entwickeln. Die gewonnenen Erkenntnisse aus den Studien des preQ1 cII Riboschalters können allgemein betrachtet als Grundlagen für den Entwurf artifizieller Riboschaltersysteme für biotechnologische Zwecke dienen. Darüberhinaus unterstreicht das präsentierte Vorhaben die Bedeutung dieser Systeme als neue Targets für Antibotika.