Die Synthese Selen-modifizierter RNA

Das ständig wachsende Wissen um die Bedeutung kurzer RNAs in vielen biologischen Prozessen ist mit einer steigenden Nachfrage für die Strukturaufklärung der beteiligten RNAs mittels Kristallstrukturanalyse verbunden. Damit im Zusammenhang steht auch ein zunehmender Bedarf an Se-modifizierter RNA, insbesondere an der Se- Modifikation von 30 bis 100 Nukleotide umfassender RNA, die keine oder nur wenige Bindungstellen für Metallionen aufweist, welche als anomale Streuer genutzt werden könnten. Ein effizienter Zugang zu Se-RNA dieser Grösse liefert daher eine hervorragende Alternative für Derivate, deren Diffraktionsdaten ausgehend von der anomalen Streuung der Se-Atome leicht zu phasieren sind. Daher würde eine robuste Methode zur Synthese von Se-RNA eine grosse Bereicherung auf dem Gebiet der Kristallstrukturanalyse darstellen. Das prinzipielle Potential dieses experimentellen Ansatzes konnten wir in unseren Vorstudien bereits durch die Aufklärung einer neuartigen RNA-Struktur aufzeigen. In Kooperation mit anderen Forschungsgruppen konnten wir basierend auf unseren vorläufigen Syntheseprotokollen für Se-RNA, schliesslich die Struktur des Diels-Alder Ribozyms lösen. Es handelt sich dabei um die ersten strukturellen Details einer RNA, welche eine andere Reaktion als die Bildung bzw. Spaltung eines Phosphorsäurediesters katalysiert. Im Rahmen dieses Projekts werden wir robuste Synthesen von Se-RNA entwickeln. Unser Zugang soll auf der chemischen Synthese von 2`-Se-Methyl-Nukleosidphosphoramiditen basieren, die durch automatisierte Festphasensynthese in Oligoribonukleotide eingebaut werden. Diese werden in der Folge zu grösseren, biologisch relevanten RNA-Konstrukten enzymatisch ligiert. Diese RNAs werden dann in Kooperation mit Dinshaw Patel (Sloan-Kettering Memorial Cancer Center, NY) strukturell analysiert. Unsere Ziel-RNAs sind Guanosin-reiche Tripletwiederholungssequenzen, U6/U2 snRNA Motive, die alle natürlich vorkommenden Nukleosidmodifikationen enthalten, und Metabolit-sensitive mRNA-Schalter. Letztere sind attraktive, biologisch höchst relevante Kandidaten: in den letzten zwei Jahren wurde entdeckt, dass bestimmte Domänen der mRNA Metaboliten in selektiver und konzentrationsabhängiger Weise direkt binden, und dadurch die Genexpression ohne Hilfe von Proteinfaktoren kontrollieren. Unsere Studien sollen erstmals die strukturellen Prinzipien für diese neue Art der Genregulation aufklären.

Das ständig wachsende Wissen um die Bedeutung kurzer RNAs in vielen biologischen Prozessen ist mit einer steigenden Nachfrage für die Strukturaufklärung der beteiligten RNAs mittels Kristallstrukturanalyse verbunden. Damit im Zusammenhang steht auch ein zunehmender Bedarf an Se-modifizierter RNA, insbesondere an der Se- Modifikation von 30 bis 100 Nukleotide umfassender RNA, die keine oder nur wenige Bindungstellen für Metallionen aufweist, welche als anomale Streuer genutzt werden könnten. Ein effizienter Zugang zu Se-RNA dieser Grösse liefert daher eine hervorragende Alternative für Derivate, deren Diffraktionsdaten ausgehend von der anomalen Streuung der Se-Atome leicht zu phasieren sind. Daher würde eine robuste Methode zur Synthese von Se-RNA eine grosse Bereicherung auf dem Gebiet der Kristallstrukturanalyse darstellen. Das prinzipielle Potential dieses experimentellen Ansatzes konnten wir in unseren Vorstudien bereits durch die Aufklärung einer neuartigen RNA-Struktur aufzeigen. In Kooperation mit anderen Forschungsgruppen konnten wir basierend auf unseren vorläufigen Syntheseprotokollen für Se-RNA, schliesslich die Struktur des Diels-Alder Ribozyms lösen. Es handelt sich dabei um die ersten strukturellen Details einer RNA, welche eine andere Reaktion als die Bildung bzw. Spaltung eines Phosphorsäurediesters katalysiert. Im Rahmen dieses Projekts werden wir robuste Synthesen von Se-RNA entwickeln. Unser Zugang soll auf der chemischen Synthese von 2`-Se-Methyl-Nukleosidphosphoramiditen basieren, die durch automatisierte Festphasensynthese in Oligoribonukleotide eingebaut werden. Diese werden in der Folge zu grösseren, biologisch relevanten RNA-Konstrukten enzymatisch ligiert. Diese RNAs werden dann in Kooperation mit Dinshaw Patel (Sloan-Kettering Memorial Cancer Center, NY) strukturell analysiert. Unsere Ziel-RNAs sind Guanosin-reiche Tripletwiederholungssequenzen, U6/U2 snRNA Motive, die alle natürlich vorkommenden Nukleosidmodifikationen enthalten, und Metabolit-sensitive mRNA-Schalter. Letztere sind attraktive, biologisch höchst relevante Kandidaten: in den letzten zwei Jahren wurde entdeckt, dass bestimmte Domänen der mRNA Metaboliten in selektiver und konzentrationsabhängiger Weise direkt binden, und dadurch die Genexpression ohne Hilfe von Proteinfaktoren kontrollieren. Unsere Studien sollen erstmals die strukturellen Prinzipien für diese neue Art der Genregulation aufklären.