Der Einfluss von miRNAs auf den Abbau von mRNA

Post-transkriptionelle Prozesse spielen eine essentielle Rolle in der Regulation der Genexpression in Eukaryonten. In den letzten 10 Jahren haben sich dabei miRNAs (kleine nicht-codierende RNAs) als Schlüsselregulatoren etabliert und dabei unser Theorien wie die Genregulation auf post-transkriptioneller Ebene passiert völlig revolutioniert. miRNAs spielen eine essentielle Rolle in verschiedensten Prozessen so z.B. der Entwicklung, der Differenzierung, dem Zellwachstum, Stressantwort und der Krankeitsentstehung (z.B. Krebs). Es ist bekannt das miRNAs an zelluläre mRNAs binden und dabei die Inhibierung der Translation und/oder die Beschleunigung des mRNA Abbaues bewirken. Wichtige interessante Fragen müssen aber noch erforscht werden: So ist z.B. ungeklärt wie miRNAs die allgemeine Abbaumaschinerie rekrutieren können oder was den Anteil des mRNA Abbaues an der miRNA Regulation bestimmt. Im ersten Teil des eingereichten Projektes schlagen eine Reihe von kinetischen Untersuchungen vor um den allgemeinen Abbau von mRNAs in Drosophila melanogaster Zellen zu studieren. Diese Ergebnisse sind die Basis um zu untersuchen welcher Schritt des Abbaus von mRNAs durch miRNA noch weiter beschleunigt werden kann.Durch die geringe Redundanz der Proteine in diesem Regulationsweg der kleinen RNAs sind Drosophila Zellen ein besonders gutes System für diese Untersuchungen. Im zweiten Teil des Projektes konzentrieren wir uns auf die Untersuchung der Änderung der Proteinkomposition und der RNA Struktur von mRNP Partikeln die durch miRNAs reguliert werden. mRNAs sind immer mit Proteinen in hochdynamische mRNP Partikel assoziiert, deren Komposition für viele Funktion essentiell ist. Wir schlagen die Etablierung von modifizierten mRNAs vor, die durch miRNAs reguliert werden und gleichzeitig die Isolierung von mRNP Partikeln aus Zellen zulassen. Diese mRNP Partikel können in verschiedenen Stadien der Regulation durch miRNAs isoliert werden und mit Hilfe der Massenspektrometrie die Komposition der Proteine und mittels chemischer Modifizierungen die RNA Struktur bestimmt werden. Die gesammelten Informationen geben wichtige Aufschlüsse über die Änderungen der mRNP Partikel durch die Bindung der miRNAs. Dies wiederum ist essentiell um den Mechanismus wie miRNAs wirken und die Translation sowie den mRNA Abbau beeinflussen, auf molekularer Ebene aufzuklären. Im Gesamten wird das eingereichte Projekt einen wichtigen Beitrag leisten um den generellen Abbau von mRNAs und die Regulation der Genexpression durch miRNAs im Speziellen, besser zu verstehen. Die Ergebnisse von Drosophila Zellen werden weiters einen wichtigen Beitrag zur Erforschung dieser Regulationswege in höheren Eukaryonten darstellen.

Posttranskriptionelle Prozesse spielen eine essentielle Rolle in der Regulation der Genexpression in Eukaryonten. Ein sehr wichtiger Prozess ist der Abbau von mRNAs in den Zellen, da durch die Geschwindigkeit des Abbaus auch die Lebensdauer der RNA bestimmt wird. In weiterer Folge kann dadurch auch die Menge an Protein beeinflusst werden, die von einer mRNA gebildet werden kann. Speziell bei sich ändernden Umweltbedingungen ist die Veränderung der Lebensdauer von mRNAs, z.B. durch kleine miRNAs, ein wichtiger Mechanismus um sich auf die neuen Umgebungsbedingungen einzustellen. Darüber wie die Lebensdauer einzelner mRNAs genau reguliert wird ist nur wenig bekannt. Wir konnten in diesem Projekt zwei Methoden in Fliegenzellen etablieren um die Abbaugeschwindigkeit von einzelnen RNAs in der Zelle zu bestimmen. Des weiteren werden in eukaryontischen Zellen mRNAs in mehreren Schritten abgebaut und eines dieser beiden Systeme erlaubt uns nun auch die Geschwindigkeiten dieser einzelnen Zwischenschritte in Fliegenzellen zu untersuchen. Eine sehr häufige Veränderung der Umweltbedingungen an die sich Organismen anpassen müssen sind Temperaturänderungen. Hitzeschockproteine spielen bei einem Anstieg der Temperatur eine sehr wichtige Rolle. Der Abbau der mRNA dieser Proteine wird dabei bei höheren Temperaturen verlangsamt. Wie es zu dieser Verlangsamung unter Hitzebedingungen kommt war bisher nicht unbekannt. Wir konnten in diesem Projekt sehr wichtige Evidenzen sammeln das die Bindung eines Faktors im 3-Ende der mRNA des Hitzeschockproteins für die Veränderungen der Abbaugeschwindigkeit sehr wichtig ist.