Single molecule RNA biology - dynamics and function of RNA from transcription to degradation (TP)


RNA spielt eine zentrale Rolle in jeder lebenden Zelle, da sie die genetische Information mit dem Phänotyp verbindet. Bestimmte Arten von RNA sind in praktisch jedem Aspekt zellulärer Funktionen beteiligt. Gleichzeitig unterliegen RNA-Moleküle selbst einer dynamischen Regulation beginnend von ihrer Transkription bis zur ihrer Degradation. Als Ergebnis der stark regulierten Transkription von mRNA resultieren Nukleinsäuren, die durch komplexe molekulare Reaktionen („Capping“, Spleißen und Polyadenylierung) reifen. Als Teil eines Nukleoprotein-Komplexes werden mRNAs aus dem Zellkern in das Zytoplasma exportiert und können dort in definierten subzellulären Kompartimenten lokalisiert werden. Hier findet die ebenfalls regulierte Translation in Proteine statt. Um die Translation von entsprechenden Mengen an Proteinen zu gewährleisten, unterliegt die Stabilität der mRNA wiederum gesteuerten Prozessen.
Während ihres gesamten Lebenszyklus interagieren RNAs mit zahlreichen Proteinen und sind in die regulatorischen Netzwerke der Zellen eingebettet. Mit zunehmender Aufmerksamkeit wurde in den letzten Jahren die Rolle von regulatorischen mikro-RNAs (miRNAs) als negative Regulatoren der Genexpression auf posttranskriptioneller Ebene untersucht. Wie mRNA, werden auch miRNA transkribiert und reifen in mehreren aufeinanderfolgenden Schritten, welche durch die Interaktion mit anderen Proteinen und letztlich auch mit mRNA gekennzeichnet sind. Die Vollständigkeit dieser Wechselwirkungen ist entscheidend für die Aufrechterhaltung der zellulären Homöostase und Funktionalität. Störungen der RNA können unmittelbar die Gesundheit beeinträchtigen. Darüber hinaus nutzen Krankheitserreger wie Viren die zelluläre RNA-Maschinerie und programmieren diese für ihre eigene Vermehrung. Daher werden umfassendes Erkenntnisse der RNA Biologie nicht nur Einblicke in kernzellulären Funktionen ermöglichen, sondern sind auch von medizinischer Relevanz und könnten zu neuen therapeutischen Ansätzen führen.
 Um einen umfassenden Einblick in die komplexe und dynamische Regulation des Wirkungsbereiches und des Metabolismus der RNA zu gewinnen, sollen quantitative Untersuchen zum Lebenszyklus von RNA beginnend bei der Transkription bis zur Degradation vorgenommen werden. Darüber hinaus wird untersucht, wie RNA in regulatorische zelluläre Netzwerke eingebettet ist und durch diese reguliert wird. Um dies zu erreichen, bündeln in dem interdisziplinären Forschungsnetzwerk die beteiligten Wissenschaftler*innen ihre Expertise aus den Bereichen der Biophysik, Molekulargenetik, Chemie und Systembiologie. Der Forschungsansatz setzt Synergien von experimentell und theoretisch arbeitenden Forschergruppen voraus und wird Brücken zwischen molekular orientierten, d.h. Einzelmolekülstudien und globalen, systemorientierten Ansätzen ermöglichen. Die einzelnen Projekte fokussieren auf drei Bereiche im RNA Zyklus: 1) Die dynamische Regulation der Transkription. 2) Die molekularen Prozesse zur Kontrolle von Maturation und Degradation. 3) Die Rolle der RNA bei der Entwicklung pathologischer Zustände.


Projektleitung
Herrmann, Andreas Prof. Dr. rer. nat. (Details) (Molekulare Biophysik)

Mittelgeber
Einstein Stiftung Berlin

Laufzeit
Projektstart: 12/2013
Projektende: 11/2016

Publikationen
Einstein
Kummer, S., Knoll, A., Herrmann, A., Seitz, O. (2013) Sequence-specific imaging of Influenza A mRNA in living infected cells using fluorescent FIT-PNA. Methods Molec Biol 1039, 291-301

Kummer, S., Flöttmann, M., Schwanhäusser, B., Sieben, C., Veit, M., Selbach, M., Klipp, E., Herrmann, A. (2014) Alteration of protein levels during Influenza virus H1N1 infection in host cells: A proteomic survey of host and virus reveals differential dynamics. Plos One, DOI: 10.1371/journal.pone.0094257

Haralampiev, I., Schade, M., Chamiolo, J., Jolmes, F., Prisner, S., Witkowski, P.T., Behrent, M., Hövelmann, F., Wolff, T., Seitz, O., and Herrmann, A. (2017) A fluorescent RNA forced-intercalation probe as a pan-selective marker for influenza A virus infection. ChemBioChem 18, 1589–1592.

Friedrich, D., Friedel, L., Herrmann, A., Preibisch, S., Loewer, A. (2019) Stochastic transcription in the p53-mediated response to DNA damage is modulated by burst frequency. Molecular Systems Biology, 15: e9068 | 2019

Zuletzt aktualisiert 2022-08-09 um 19:06