Ashwin´s Rolle in pre-tRNA Prozessierung und (m)RNA Export

Die Information zur Entstehung eines lebenden Organismus ist in unserem Genom, in der Form von DNA, gespeichert. Damit diese Information abrufbar ist muss unsere DNA in RNA umgewandelt bzw. transkribiert werden. Unmittelbar nach der Transkription ist die RNA jedoch noch nicht funktionsfähig, da die meisten RNAs erst modifiziert, verlängert oder neu angeordnet werden müssen. In unserem Labor forschen wir an Enzymen, die RNAs schneiden und neu zusammenfügen; viele dieser Enzyme haben wir in unserem Labor hier in Wien entdeckt und charakterisiert. Besonders interessiert sind wir an der biochemischen und physiologischen Erforschung der Funktion eines Enzyms, das Teile von Transfer-RNAs (tRNAs; für die Herstellung von Proteinen unerlässlich) nach der Entfernung einer kurzen Sequenz, dem sogenannten Intron, wieder miteinander verbindet. Wenn Introns in vermeintlich fertigen tRNAs verbleiben, ist die tRNA nicht funktionsfähig und die Zelle stirbt. Dieses Enzym wird tRNA-Ligase genannt und besteht aus fünf unterschiedlichen Proteinuntereinheiten. Nur eine davon kann die chemische Reaktion durchführen - doch was ist die Funktion der anderen Untereinheiten? Dieses Projekt befasst sich mit der Untereinheit der tRNA-Ligase von der wir am wenigsten wissen, namens Ashwin oder ASW. Moritz Leitner hat bereits herausgefunden, dass ASW zwei Hauptrollen innerhalb der tRNA-Ligase hat: a) es transportiert das Enzym in den Zellkern, wo es seine Aufgabe, die Verknüpfung von tRNA-Molekülen, durchführen kann, und b) es ermöglicht eine Verbindung der tRNA-Ligase mit einem Proteinkomplex namens TREX (TRanscription EXport), der Messenger-RNAs (mRNAs; RNA-Moleküle die für Proteine kodieren) in das Zytoplasma transportiert, damit dort Proteine gebildet werden können. Im weiteren Verlauf dieses Projekts werden wir beide Funktionen von ASW weiter untersuchen. Unsere Vermutung ist, dass ASW eine sehr kurze Aminosäuresequenz als Signal verwendet, um die Ligase zum Zellkern zu transportieren. Wir werden diese Sequenz verändern, mit dem Ziel diese Funktion auszuschalten. Um zu visualisieren wie ASW an TREX bindet, werden wir, mittels Kryo-Elektronenmikroskopie und/oder Kristallisation, die Struktur von ASW, in der tRNA-Ligase (oder alleine), gebunden an TREX, bestimmen. Hier werden wir mit Dr. Clemens Plaschka (IMP-Wien) zusammenarbeiten, einem Experten für den Export von mRNAs. Außerdem werden wir die Fähigkeit von ASW und der tRNA-Ligase untersuchen (m)RNAs, die an die tRNA-Ligase binden, aus dem Zellkern zu exportieren. Dafür werden wir unter anderem die RNAs einer Zelle fraktionieren, um die RNAs im Zellkern von denen im Zytoplasma zu unterscheiden. Sollte ASW bestimmte RNAs binden und TREX für deren Export kontaktieren, dann sollte das Fehlen von ASW zu einer Anhäufung zytoplasmatischer RNAs im Zellkern führen. Auf diese Weise könnten wir einen bisher unbekannten Exportweg von tRNA-Ligase- gebundenen RNAs charakterisieren. Die Perspektiven dieses Projekts sind spannend und wir glauben fest daran, damit einen wichtigen Teil des Puzzles der Genexpression in menschlichen Zellen aufzudecken.