RNA 3´ Phosphat-Zyklase RTCD1 im Säugetier-RNA-Stoffwechsel

Das Genom, bestehend aus DNA, wird durch spezifische Enzyme in eine unterschiedlichen Art von Nukleinsäure, bekannt als RNA, transkribiert. Es gibt viele Arten von RNA-Molekülen mit einer Unzahl von Zellfunktionen, wobei einige davon erst aufgedeckt werden müssen. Bevor RNAs funktionell agieren, müssen sie transformiert werden. Beispielsweise werden sie mit einer großen Vielfalt an chemischen Gruppen modifiziert oder werden einfach geschnitten und wieder zusammengefügt, was zum Verlust von bestimmten Molekülabschnitten führt. Das Gebiet der RNA-Biologie interessiert sich besonders für die Identifizierung und Charakterisierung von einer Reihe von Enzymen, die zelluläre RNAs modifizieren. Im Kern des Projektes steht die Charakterisierung von RTCD1, einem Enzym, das vor über 30 Jahren identifiziert wurde, aber seine Funktion blieb bis jetzt rätselhaft. Unsere Arbeit stützt sich auf zwei wesentlichen Entdeckungen: auf biochemischer Ebene (so genannt in vitro) haben wir aufgedeckt, dass RTCD1 an ein anderes Enzym bindet. Wir wissen, was das andere Enzym tut, aber kennen nicht dessen Identität. Wir werden daher RTCD1 aufreinigen und versuchen, dessen Partner zu identifizieren und später zu charakterisieren. Ein zweiter Teil des Projekts wird mit Hilfe eines Mausmodells durchgeführt werden (in vivo). In einem gut etablierten Verfahren, decken in der Regel Wissenschaftler die Funktion eines Proteins auf, indem sie eine Maus generieren, welchem das Gen fehlt, das für dieses Protein kodiert (Knock-out Maus). Wir generierten solch eine Maus, deren Genom das für RTCD1 kodierende Gen fehlt. Zum Glück ist diese Maus lebensfähig, was bedeutet, dass dieses Gen nicht essenziell ist. Wir können nun des weiteren ihre physiologische Eigenschaften und Verhaltensmerkmale analysieren. Überraschenderweise weist diese Maus keine offensichtlichen Abnormalitäten auf. Aber im Rückblick auf die angenommene Funktion von RTCD1 in Bakterien, vermuteten wir, dass die Auswirkungen eines fehlenden RTCD1-Gens nur in Stresssituationen oder auch bei Virusinfektionen aufgedeckt werden, eine Situation, in der RTCD1 virale RNAs modifizieren könnte. Die Hypothese, scheint sich zu bewahrheiten: im Vergleich zu dem "normalen" Tier kann die Knock-out Maus keine angeborene Immunantwort gegen das Virus, das durch das Molekül Interferon vermittelt wird, entwickeln. In den nächsten drei Jahren werden wir versuchen zu verstehen, wie RTCD1 der Wirtszelle hilft Viren zu erkennen.

Die genetische Information weilt in den Desoxyribonukleinsäuren (DNAs), aber spricht, indem sie in verschiedene Arten von Ribonukleinsäuren (RNAs) kopiert und übersetzt wird. Um ihre Funktionen in der Zelle ausführen zu können, werden RNAs prozessiert und durch eine Gruppe sogenannter RNA prozessierender Faktoren mit chemischen Modifikationen versehen, gespalten, vereinigt, verlängert oder in kontrollierten Abbaureaktionen verkürzt. Im Projekt P28445 steht die in vitro und in vivo Charakterisierung der RNA 3-terminalen Phosphatzyklase RTCD1 auch als RtcA in Bakterien bekannt im Mittelpunkt, einem Enzym, das RNA 3-terminale Phosphate (3-P) zu 2-3-zyklischen Phosphaten (2,3-cycP) umformt, dessen zelluläre Funktion aber schwer erfassbar bleibt. Es ist wichtig zu erwähnen, dass auch über RTCD1 hinaus die Biochemie und Dynamik von 3-P und 2,3-cycP RNAs (im Gegensatz zu 3-OH RNAs) immer noch wenig verstanden ist. Wie in der Wissenschaft üblich, nahmen die Pläne von vor 3 Jahren zahlreiche Wendungen. Während einige Ziele erreicht wurden, konnten andere nicht verwirklicht werden oder wurden verworfen, weil sie auf falschen Hypothesen basierten. Erstaunlicherweise ergaben sich folgende zwei Hauptergebnisse: Erstens konnten wir das Zusammenspiel zwischen RTCD1 und dem tRNA Ligasekomplex (tRNA-LC) aufklären (mit einem Manuskript in Vorbereitung). Zweitens konnten wir die erste 2,3-zyklische Phosphataseaktivität in humanen Zellen identifizieren, dessen Biochemie und Funktion in vivo in einem zukünftigen Förderprojekt vollständig aufgeklärt werden soll, der aktuell in Begutachtung ist. Ausserdem haben wir Methoden etabliert, um über Sequenzierexperimente und über einen Vergleich von wildtyp und RTCD1-depletierten Zellen RNA-Substrate von RTCD1 zu finden. Diese Substrate könnten wegweisend sein in der Suche nach spezifischen Phänotypen in RTCD1-depletierten Mäusen.