Chrarakterisierung von HAX1 einer langen ncRNA aus T. reesei

In der letzten Dekade wurde das Spektrum der klassischen Funktionen nicht kodierender RNAs (ncRNAs) auf zusätzliche Aspekte der Zellbiologie erweitert. Als eine der treibenden Kräfte in diesem Forschungsfeld ist die molekularbiologische Forschung in der Humanmedizin anzusehen. Jüngste Untersuchungen zeigten, dass zusätzlich zur klassischen Genregulation durch Transkriptionsfaktoren unterschiedliche ncRNAs als regulatorische Schlüsselelemente in der Zelle fungieren. So konnte gezeigt werden, dass ncRNAs in unterschiedlichste Aspekte der Zellbiologie involviert sind, die sich von der Embryonalentwicklung bis hin zur Tumorgenese erstrecken. Obwohl es gute Hinweise für die Existenz von ncRNAs in niederen Eukaryonten wie zum Beispiel filamentartigen Pilzen gibt, wird kaum entsprechende Forschung in biotechnologisch relevanten Mikroorganismen betrieben, noch sind Berichte über etwaige Anwendungen beispielsweise in industriell genutzten Pilzen bekannt. In diesem Projekt ist die vor kurzem im Team des Projektinitiators isolierte und grob vorcharakterisierte ncRNA bezeichnet als HAX1, also als der "hypothetischen Aktivator von Xyr1 (Xylanaseregulator 1)", Forschungsgegenstand. Ihre Struktur, die molekulare mechanistische Wirkungsweise und ihre Funktion in der Regulation der Genexpression werden bestimmt. Im Besonderen wird das Ausmaß der Beteiligung von HAX1 an der Expression und Produktion von pflanzenzellwandabbauenden Enzymen in Trichoderma reesei untersucht. Die resultierenden Ergebnisse sollen zum einen tieferen Einblick in die regulatorischen Zusammenhänge der Genexpression in niederen Eukaryonten geben und zum andern einen völlig neuen Zugang der gerichteten Belastungsverbesserung von industriell wichtigen, filamentartigen Pilzen eröffnen.

In der letzten Dekade wurde das Funktionsspektrum nicht kodierender Ribonukleinsäuren (ncRNAs) auf einige Aspekte der Zellbiologie erweitert. Als eine der treibenden Kräfte in diesem Forschungsfeld ist die molekularbiologische Forschung in der Humanmedizin anzusehen. Jüngste Untersuchungen zeigten, dass zusätzlich zur klassischen Genregulation durch Transkriptionsfaktoren unterschiedliche ncRNAs als regulatorische Schlüsselelemente in epigenetischer Weise in der Zelle fungieren. So konnte gezeigt werden, dass ncRNAs in viele Aspekte der Zellbiologie involviert sind, die sich von der Embryonalentwicklung bis hin zur Tumorgenese erstrecken. Filamentartige Pilze wie Aspergillus, Trichoderma und Penicillium haben eine große biotechnologische Bedeutung in der Produktion von u.a. organischen Säuren, Enzymen oder Antibiotika. Obwohl es gute Hinweise für die Existenz von ncRNAs in niederen Eukaryonten wie diesen Pilzen gibt, wird kaum entsprechende Forschung in biotechnologisch relevanten Mikroorganismen betrieben, noch sind Berichte über etwaige Anwendungen verfügbar. In diesem Projekt wurde die vom Team des Projektinitiators entdeckete, lange ncRNA HAX1 zum zentralen Forschungsgegenstand. Ihre Struktur, die molekulare mechanistische Wirkungsweise und ihre Funktion in der Regulation der Genexpression wurden untersucht. Im Besonderen wurde das Ausmaß der Beteiligung von HAX1 an der Expression und Produktion von pflanzenzellwandabbauenden Enzymen im Pilz Trichoderma reesei, welcher der weltweit prominenteste biotechnologische Produzent dieser Enzyme ist, untersucht. Diese Enzyme haben ein breites Anwendungsspektrum, das sich von der Nahrungs- und Futtermittel-, der Papier- und Textilindustrie bis zur Biotreibstoffproduktion erstreckt. Die Ergebnisse führten zum einem tieferen Einblick in die regulatorischen Zusammenhänge der Genexpression in Zusammenhang mit dieser langen ncRNA. Besonders bemerkenswert ist, dass dieses epigenetische Phänomen in den industriell genutzten Produktionsstämmen einer Veränderung unterliegt. Struktur und Länge von HAX1 scheinen mit steigender Enzymproduktion zu evolvieren. Wird eine HAX1- Variante eines Produktionsstamms in den Wildtypstamm übertragen, so zeigt dieser eine erheblich gesteigerte Enzymproduktion. Dieses im Projekt entwickelte und in der Biotechnologie völlig neuartige Werkzeug wurde gemeinsam mit dem weltweit größten Enzymproduzenten als Patent angemeldet und diente als wesentliche Grundlage für die Etablierung eines Christian Doppler Labors mit diesem Industriepartner. In Zukunft sollen maßgeschneiderte Varianten von HAX1 dazu verwendet werden die epigenetische Landschaft von Industriestämmen zu verändern und so deren Produktivität und Stabilität deutlich zu erhöhen.