Mechanismus des RNA Chaperons RocC

Eine Vielzahl von biologischen Prozessen wird durch molekulare "Chaperone" reguliert, welche die korrekte Ausbildung von biomolekularen Strukturen unterstützen. Bei der Übersetzung genetischer Information in Proteine üben vor allem Ribonukleinsäure (RNA)- Chaperone eine wichtige regulierende Funktion aus. Die hierbei zugrunde liegenden molekularen Prozesse sind grundsätzlich dynamisch und setzen voraus, dass sich die dreidimensionalen Strukturen der beteiligten Biomoleküle an unterschiedliche Bedingungen flexibel anpassen. Zudem setzt sich immer mehr die Erkenntnis durch, dass strukturelle Flexibilität in diesen Biomolekülen eine notwendige Voraussetzung für die Erfüllung ihrer biologischen Funktion darstellt. Während herkömmliche Strukturbestimmung hauptsächlich statische Information über Biomoleküle liefert, steht mit der dynamischen kernmagnetischen Resonanzspektroskopie (NMR) eine experimentelle Methode zur Verfügung, welche die Charakterisierung struktureller Flexibilität mit atomarer Auflösung ermöglicht. Im Rahmen dieses FWF-Einzelprojekts streben wir eine umfassende, auf dynamischer NMR-Spektroskopie basierende Beschreibung des "Chaperoning"-Mechanismus des Systems RocC-RocR an. Das RNA-Chaperon RocC reguliert bakterielle Genexpression durch Bindung an RocR, ein kleines, nicht-kodierendes RNA-Molekül. RocR wiederum erkennt und bindet eine komplementäre Sequenz in Boten-RNA (mRNA), wodurch die Expression des entsprechenden Gens reguliert wird. In diesem System fungiert das Protein RocC als Chaperon, welches die Basenpaarung zwischen RocR und dem mRNA- Zielmolekül vermittelt. Bislang ist nicht bekannt, wie dieser Prozess im Detail vor sich geht und welche Rolle strukturelle Flexibilität in diesem Zusammenhang spielt. Dynamische NMR-Spektroskopie erlaubt die direkte Beobachtung der strukturellen Flexibilität des Chaperons RocC und seines Bindungspartners RocR. Es wird untersucht werden ob und wie Flexibilität von RocC auf RocR übertragen wird, ein vermutlich notwendiger Schritt um diesem Molekül das Erkennen und Binden des mRNA-Zielmoleküls zu ermöglichen. Ergänzend werden kurzlebige und nur vorübergehend vorhandene Strukturen, welche in flexiblen Molekülen vorhanden sind, im Detail charakterisiert. Gezielte Isotopenmarkierung des Chaperons RocC und seines Bindungspartners RocR erlauben die Implementierung von NMR-Experimenten, welche die Untersuchung von struktureller Flexibilität in quantitativer Art und Weise ermöglichen. Durch Verknüpfung orthogonaler Techniken werden die Voraussetzungen geschaffen, sowohl die Chaperon- als auch die RNA-Komponente des Systems zu charakterisieren. Hierdurch erhoffen wir uns umfassende Einsicht in das Zusammenspiel zwischen Struktur, Flexibilität und Bindung und somit einen wesentlichen Beitrag zum Verständnis der Funktionsweise von RNA-Chaperonen.