Transkriptionsregulation in Säugetieren durch RNA

Die Transkription ist ein grundlegender zellulärer Prozess, welche für den ersten Schritt in der Expression von genetischer Information verantwortlich ist; falsche Steuerung der Transkription kann zu Entwicklungsstörungen oder Krankheiten führen. Die Transkription produziert Ribonukleinsaure (RNA) von zwei Sorten: messenger RNA (mRNA; Boten-RNA), die Proteine kodieren, und nicht- kodierende RNA, die eine Vielzahl von Funktionen haben. Die mRNA wird von einem großen Enzym, die RNA-Polymerase II, durch einen streng kontrollierten Prozess transkribiert. Die Transkription beginnt mit der Initiation, bei der die RNA-Polymerase II und viele andere Proteine an der DNA eines Gens zusammenkommen müssen, um einen Präinitiationskomplex zu bilden. Während die Funktionen vieler Proteine, die die Transkription regulieren, geklärt sind, sind RNA- basierte Regulationsmechanismen kaum verstanden. Wenn die Zelle eines Menschen oder der einer Maus Stress ausgesetzt wird, steigt als Reaktion die Menge bestimmter nicht-kodierenden RNAs durch die Transkription von repetitiven genomischen Elementen an. Es hat sich gezeigt, dass sich solche RNAs nach einem Hitzeschock an die Promotoren einer Untergruppe von Genen binden, die die Transkription unterdrücken und direkt mit der RNA-Polymerase II in Verbindung stehen. Jedoch ist nur unzureichend verstanden ,wie die RNAs physikalisch und direkt mit der RNA-Polymerase II und ihren Präinitiationskomplexen interagieren, um ihre biologische Wirkung auszuüben. In diesem Forschungsprojekt untersuchen wir die Interaktionen der RNA-Polymerase II und eines minimalen Transkriptions-Präinitationskomplexes mit diesen nicht-kodierenden RNAs. Durch den Einsatz modernster Kryo-Elektronenmikroskopie werden wir die drei-dimensionalen Strukturen dieser Komplexe bestimmen. Um die aus den Strukturen gewonnenen Erkenntnisse zu testen und weiter zu untersuchen, werden wir biochemische Experimente durchführen und untersuchen, wie diese Komplexe in der Zelle destabilisiert werden. Diese Forschung wird zu einem neuen Verständnis der Mechanismen führen, durch die nicht-kodierende RNA die Transkription reguliert.

Transkriptionsregulation in Säugetieren durch RNA Die Transkription ist ein grundlegender zellulärer Prozess, welche für den ersten Schritt in der Expression von genetischer Information verantwortlich ist; falsche Steuerung der Transkription kann zu Entwicklungsstörungen oder Krankheiten führen. Die Transkription produziert Ribonukleinsäure (RNA) von zwei Sorten: "messenger RNA" (mRNA; Boten-RNA), die Proteine kodieren, und nichtkodierende RNA, die eine Vielzahl von Funktionen haben. Die mRNA wird von einem großen und komplexen Enzym, die RNA-Polymerase II, durch einen streng kontrollierten Prozess transkribiert. Die Transkription beginnt mit der Initiation, bei der RNA-Polymerase II und viele andere Proteine an der DNA eines Gens zusammenkommen müssen, um einen Präinitiationskomplex zu bilden. Während die Funktionen vieler Proteine, die die Transkription regulieren, geklärt sind, sind RNA-basierte Regulationsmechanismen kaum verstanden. Wenn die Zelle eines Menschen oder der einer Maus Stress ausgesetzt wird, steigt als Reaktion die Menge bestimmter nicht-kodierenden RNAs durch die Transkription von repetitiven genomischen Elementen an. Es wurde gezeigt, dass sich solche RNAs nach einem Hitzeschock an die Promotoren einer Untergruppe von Genen binden, die die Transkription unterdrücken und direkt mit der RNA-Polymerase II in Verbindung stehen. Jedoch ist nur unzureichend verstanden, wie die RNAs physikalisch und direkt mit der RNA-Polymerase II und ihren Präinitiationskomplexen interagieren, um ihre biologische Wirkung auszuüben. In diesem Forschungsprojekt haben wir die Interaktionen der RNA-Polymerase II mit diesen nicht-kodierenden RNAs untersucht. Mit Hilfe modernster Kryo-Elektronenmikroskopie konnten wir die drei-dimensionalen Strukturen dieser Komplexe mit hoher Auflösung bestimmen. Diese Strukturen zeigten, dass die nicht-kodierenden RNAs die RNA-Polymerase II auf die gleiche Weise binden, wie der DNA-RNA Hybrid in normalen Transkriptions-komplexen gebunden wird. Das bedeutet, dass nicht-kodierende RNAs die RNA-Polymerase II direkt daran hindern, an die DNA eines Gens zu binden, bis der verursachende zelluläre Stress beseitigt ist und die Menge der nicht-kodierenden RNAs abnimmt. Durch weitere biochemische Experimente konnten wir zeigen, dass der allgemeine Transckriptionsinitiationsfaktor F (TFIIF) die Dynamik und die repressive Aktivität der nicht-kodierenden RNA-RNA-Polymerase II Komplexe kontrolliert. Durch diese Arbeit können wir erklären, wie nicht-kodierende RNA die Transkription reguliert.