Prof. Mathias Munschauer
LncRNA und Infektionsbiologie
Unsere Forschung
Die Arbeitsgruppe von Mathias Munschauer untersucht RNA-Protein-Wechselwirkungen zwischen Wirt und Krankheitserreger in Infektionsprozessen. Sie arbeiten daran, die Funktionen und zugrunde liegenden Mechanismen der RNA während einer Infektion zu verstehen. Ihr Ziel ist es, mit diesem Wissen die Entwicklung wirtsgerichteter Therapeutika voranzutreiben.
Viren sind eine Bedrohung für die menschliche Gesundheit. Zu verstehen, welche Bestandteile in Wirtszellen eine Verbindung mit Virus-RNA eingehen und diese während eines Infektionsprozesses regulieren, ist essentiell wichtig, um verstehen zu können, wie Viren eine Wirtszelle kapern, wie sie Wirtsprozesse unterwandern und wie sie der angeborenen Immunabwehr entgehen können. Einblicke in die zugrunde liegenden molekularen Interaktionen und Mechanismen tragen zur Entwicklung neuartiger RNA-basierter Therapien bei.
Die Arbeitsgruppe von Mathias Munschauer arbeitet an der Erstellung einer Übersichtskarte der funktionell wichtigsten RNA-Protein-Interaktionen für spezifische Typen von RNA, von langen nicht-kodierenden RNAs (lncRNAs) bis hin zu viralen RNA-Genomen.
Bei ihrer Arbeit kombiniert das Team von Mathias Munschauer Technologien aus den Bereichen Biochemie, Genomik, Molekularbiologie und Bioinformatik. RNA-Antisense-Aufreinigung und Massenspektrometrie (RAP-MS) werden eingesetzt, um Momentaufnahmen von RNA-Protein-Interaktionen zu erstellen. Diese können anschließend mit Technologien wie RNA-seq, Ribo-seq und CLIP-seq funktionell seziert werden. Das übergeordnete Ziel der Arbeitsgruppe ist es, eine Karte der funktionell wichtigen RNA-Protein-Interaktionen während Infektionen zu erstellen, um die Entwicklung neuer wirtsgerichteter Therapeutika zu unterstützen.
Team-Mitglieder
Prof. Mathias Munschauer
Gruppenleiter
Lina Günter
Doktorandin
Sebastian Zielinski
Doktorand
Yuanjie Wei
Doktorandin
Simone Werner
Technische Assistentin
Forschungsprojekte
Um eindringende Krankheitserreger wirksam bekämpfen zu können, müssen die Wirtszellen in der Lage sein, ihre Genexpressionsprogramme schnell anzupassen und eine wirksame Wirtsreaktion einzuleiten. Zusätzlich zur Boten-RNA (mRNA) werden bei bakteriellen oder viralen Infektionen Tausende von so genannten langen nicht-kodierenden RNAs (lncRNAs) aktiv transkribiert und spezifisch reguliert. Obwohl lncRNAs ihren proteincodierenden Gegenstücken in Länge, Spleißstruktur und biochemischen Eigenschaften ähneln, dienen sie nicht als Vorlagen für die Proteinsynthese. Daher lassen sich ihre physiologischen Funktionen und biochemischen Mechanismen nur schwer zerlegen und sind in vielen Fällen nur unzureichend verstanden.
Jüngste Durchbrüche im Bereich der DNA-Sequenzierungstechnologien führten zu der Erkenntnis, dass viele lncRNAs als Regulatoren verschiedener Genexpressionsprogramme fungieren, einschließlich der Wirtsabwehrreaktion auf Pathogene. Die Kenntnis hunderter, manchmal sogar tausender lncRNAs, die auf Krankheitserreger ansprechen, ist eine Fundgrube für die Entdeckung neuer Mechanismen der Genregulation und von Wirtsabwehrstrategien.
Die Arbeitsgruppe befasst sich mit der Entschlüsselung des genetischen Codes, der die Funktion der lncRNAs steuert. Dafür werden ihre molekularen Wechselwirkungen quantitativ erfasst. Außerdem werden die Sequenzmerkmale oder Strukturelemente analysiert, die diese Wechselwirkungen vermitteln. Ein weiteres Ziel ist die Klärung der Zusammensetzung von lncRNA-Komplexen und das Identifizieren biochemischer Interaktionen, die die Funktionen von lncRNA ermöglichen.
Ein Ergebnis der bisherigen Forschung der Arbeitsgruppe ist die Erkenntnis, dass lncRNAs Proteine modulieren und ihre Fähigkeit zum Zusammenbau von Ribonukleoprotein-Komplexen höherer Ordnung kontrollieren können. Dieses Thema wird nun auf breiter Ebene vertiefend erforscht. Dabei werden modernste Technologien entwickelt und angewendet. Diese machen es möglich, direkte Interaktionen einzelner RNA-Spezies mit Proteinen hochpräzise zu erkennen und quantitativ zu erfassen – und können damit zur effizienteren Behandlung von Infektionskrankheiten beitragen.
Im Fokus
Der Faktor Mensch
Wie es dem Coronavirus SARS-CoV-2 bei einer Infektion gelingt, seinen Vermehrungsmechanismus in Gang zu setzen, ist bislang noch nicht voll verstanden. Wissenschaftler:innen vom Munschauer-Labor weisen im Fachmagazin Cell nach, dass es das menschliche Protein SND1 ist, das im Zusammenspiel mit dem viralen Protein NSP9 die genetische Replikation des Virus stimuliert.
Publikationen
2024
Nucleolar detention of NONO shields DNA double-strand breaks from aberrant transcripts
Trifault B, Mamontova V, Cossa G, Ganskih S, Wei Y, Hofstetter J, Bhandare P, Baluapuri A, Nieto B, Solvie D, …, Munschauer M, Burger K (2024)
Nucleic Acids Research (Online ahead of print)
SHIFTR enables the unbiased identification of proteins bound to specific RNA regions in live cells
Aydin J, Gabel A, Zielinski S, Ganskih S, Schmidt N, Hartigan CR, Schenone M, Carr SA, Munschauer M (2024)
Nucleic Acids Research 52 (5): e26
SOX2 interacts with hnRNPK to modulate alternative splicing in mouse embryonic stem cells
Huang Y, Liu Y, Pu M, Zhang Y, Cao Q, Li S, Wei Y, Hou L (2024)
Cell & Bioscience 14 (1): 102
Activated rate-response is associated with increased mortality risk in cardiac device carriers with acute heart failure
Huttelmaier MT, Münsterer S, Morbach C, Sahiti F, Scholz N, Albert J, Gabel A, Angermann C, Ertl G, Frantz S, Störk S, Fischer TH (2024)
PLOS One 19 (4): e0302321
2023
SND1 binds SARS-CoV-2 negative-sense RNA and promotes viral RNA synthesis through NSP9
Schmidt N, Ganskih S, Wei Y, Gabel A, Zielinski S, Keshishian H, Lareau CA, Zimmermann L, Makroczyova J, Pearce C, …, Erhard F, Munschauer M (2023)
Cell 186 (22): 4834-4850.e23
An RNA modification enzyme directly senses reactive oxygen species for translational regulation in Enterococcus faecalis
Lee WL, Sinha A, Lam LN, Loo HL, Liang J, Ho P, Cui L, Chan CSC, Begley T, Kline KA, Dedon P (2023)
Nature Communications 14 (1): 4093
Lab-scale siRNA and mRNA LNP manufacturing by various microfluidic mixing techniques – an evaluation of particle properties and efficiency
Jürgens DC, Deßloch L, Porras-Gonzalez D, Winkeljann J, Zielinski S, Munschauer M, Hörner AL, Burgstaller G, Winkeljann B, Merkel OM (2023)
OpenNano 12 (1): 100161
2022
Congenital anemia reveals distinct targeting mechanisms for master transcription factor GATA1
Ludwig LS, Lareau CA, Bao EL, Liu N, Utsugisawa T, Tseng AM, Myers SA, Verboon JM, Ulirsch JC, Luo W, …, Kanno H, Sankaran VG (2022)
Blood 139 (16): 2534-2546
Protective immune trajectories in early viral containment of non-pneumonic SARS-CoV-2 infection
Pekayvaz K, Leunig A, Kaiser R, Joppich M, Brambs S, Janjic A, Popp O, Nixdorf D, Fumagalli V, Schmidt N, …, Stark K, Nicolai L (2022)
Nature Communications 13 (1): 1018
2021
BRD9 is a druggable component of interferon-stimulated gene expression and antiviral activity
Börold J, Eletto D, Busnadiego I, Mair NK, Moritz E, Schiefer S, Schmidt N, Petric PP, Wong WW, Schwemmle M, Hale BG (2021)
EMBO Reports 22 (10): e52823
Atlas der SARS-CoV-2-RNA-Protein-Interaktionen in infizierten Zellen
Schmidt N, Munschauer M (2021)
BIOspektrum 27 (4): 376-379
The Zinc Finger Antiviral Protein ZAP Restricts Human Cytomegalovirus and Selectively Binds and Destabilizes Viral UL4/UL5 Transcripts
Gonzalez-Perez AC, Stempel M, Wyler E, Urban C, Piras A, Hennig T, Ganskih S, Wei Y, Heim A, Landthaler M, …, Erhard F, Brinkmann MM (2021)
mBio 12 (3): e02683-20
2020
Control of human hemoglobin switching by LIN28B-mediated regulation of BCL11A translation
Basak A, Munschauer M, Lareau CA, Montbleau KE, Ulirsch JC, Hartigan CR, Schenone M, Lian J, Wang Y, Huang Y, …, Lander ES, Sankaran VG (2020)
Nature Genetics 52 (2): 138-145
The lncRNA lincNMR regulates nucleotide metabolism via a YBX1 - RRM2 axis in cancer
Gandhi M, Groß M, Holler JM, Coggins SA, Patil N, Leupold JH, Munschauer M, Schenone M, Hartigan CR, Allgayer H, Kim B, Diederichs S (2020)
Nature Communications 11: 3214
The SARS-CoV-2 RNA-protein interactome in infected human cells
Schmidt N, Lareau CA, Keshishian H, Ganskih S, Schneider C, Hennig T, Melanson R, Werner S, Wei Y, Zimmer M, …, Bodem J, Munschauer M (2020)
Nature Microbiology 6 (3): 339-353
2019
Context-specific regulation of cell survival by a miRNA-controlled BIM rheostat
Labi V, Peng S, Klironomos F, Munschauer M, Kastelic N, Chakraborty T, Schoeler K, Derudder E, Martella M, Mastrobuoni G, …, Rajewsky N, Rajewsky K (2019)
Genes & Development 33 (23-24): 1673-1687
2018
Ribosome Levels Selectively Regulate Translation and Lineage Commitment in Human Hematopoiesis
Khajuria RK, Munschauer M, Ulirsch JC, Fiorini C, Ludwig LS, McFarland SK, Abdulhay NJ, Specht H, Keshishian H, Mani DR, …, Carr SA, Sankaran VG (2018)
Cell 173 (1): 90-103.e19
The NORAD lncRNA assembles a topoisomerase complex critical for genome stability
Munschauer M, Nguyen CT, Sirokman K, Hartigan CR, Hogstrom L, Engreitz JM, Ulirsch JC, Fulco CP, Subramanian V, Chen J, …, Carr SA, Lander ES (2018)
Nature 561 (7721): 132-136
Nuclear lncRNA stabilization in the host response to bacterial infection
Munschauer M, Vogel J (2018)
The EMBO Journal 37 (13): e99875
New insights into the cellular temporal response to proteostatic stress
Rendleman J, Cheng Z, Maity S, Kastelic N, Munschauer M, Allgoewer K, Teo G, Zhang YB, Lei A, Parker B, …, Choi H, Vogel C (2018)
eLife 7: e39054
2017
Developmentally-faithful and effective human erythropoiesis in immunodeficient and Kit mutant mice
Fiorini C, Abdulhay NJ, McFarland SK, Munschauer M, Ulirsch JC, Chiarle R, Sankaran VG (2017)
American Journal of Hematology 92 (9): E513-E519
2016
Systematic mapping of functional enhancer-promoter connections with CRISPR interference
Fulco CP, Munschauer M, Anyoha R, Munson G, Grossman SR, Perez EM, Kane M, Cleary B, Lander ES, Engreitz JM (2016)
Science 354 (6313): 769-773
2015
Comprehensive Protein Interactome Analysis of a Key RNA Helicase: Detection of Novel Stress Granule Proteins
Bish R, Cuevas-Polo N, Cheng Z, Hambardzumyan D, Munschauer M, Landthaler M, Vogel C (2015)
Biomolecules 5 (3): 1441-66
2014
MOV10 Is a 5' to 3' RNA helicase contributing to UPF1 mRNA target degradation by translocation along 3' UTRs
Gregersen LH, Schueler M, Munschauer M, Mastrobuoni G, Chen W, Kempa S, Dieterich C, Landthaler M (2014)
Molecular Cell 54 (4): 573-85
Differential protein occupancy profiling of the mRNA transcriptome
Schueler M, Munschauer M, Gregersen LH, Finzel A, Loewer A, Chen W, Landthaler M, Dieterich C (2014)
Genome Biology 15 (1): R15
High-resolution profiling of protein occupancy on polyadenylated RNA transcripts
Munschauer M, Schueler M, Dieterich C, Landthaler M (2014)
Methods 65 (3): 302-9
2013
Circular RNAs are a large class of animal RNAs with regulatory potency
Memczak S, Jens M, Elefsinioti A, Torti F, Krueger J, Rybak A, Maier L, Mackowiak SD, Gregersen LH, Munschauer M, …, Le Noble F, Rajewsky N (2013)
Nature 495 (7441): 333-8
Identification of LIN28B-bound mRNAs reveals features of target recognition and regulation
Graf R, Munschauer M, Mastrobuoni G, Mayr F, Heinemann U, Kempa S, Rajewsky N, Landthaler M (2013)
RNA Biology 10 (7): 1146-59
2012
The mRNA-bound proteome and its global occupancy profile on protein-coding transcripts
Baltz AG, Munschauer M, Schwanhäusser B, Vasile A, Murakawa Y, Schueler M, Youngs N, Penfold-Brown D, Drew K, Milek M, …, Dieterich C, Landthaler M (2012)
Molecular Cell 46 (5): 674-90
FMRP targets distinct mRNA sequence elements to regulate protein expression
Ascano M, Mukherjee N, Bandaru P, Miller JB, Nusbaum JD, Corcoran DL, Langlois C, Munschauer M, Dewell S, Hafner M, …, Ohler U, Tuschl T (2012)
Nature 492 (7429): 382-6
2010
Transcriptome-wide identification of RNA-binding protein and microRNA target sites by PAR-CLIP
Hafner M, Landthaler M, Burger L, Khorshid M, Hausser J, Berninger P, Rothballer A, Ascano M, Jungkamp A, Munschauer M, …, Zavolan M, Tuschl T (2010)
Cell 141 (1): 129-41
PAR-CliP--a method to identify transcriptome-wide the binding sites of RNA binding proteins
Hafner M, Landthaler M, Burger L, Khorshid M, Hausser J, Berninger P, Rothballer A, Ascano M, Jungkamp A, Munschauer M, …, Zavolan M, Tuschl T (2010)
Journal of Visualized Experiments (41): pii: 2034