Jun. Prof. Neva Caliskan

Ein Blick in die Black Box: Wie relevant ist die Rekodierung in eukaryotischen Zellen?

Veränderungen in der Umwelt, Hunger und möglicherweise Infektionen haben das Potenzial, die Entschlüsselungsregeln zu verändern und dadurch das zelluläre Proteom auf unerwartete Weise zu beeinflussen. Es ist jedoch meist unklar, inwieweit nicht-standardisierte Translationsereignisse von menschlichen Zellen, z.B. bei Infektionen, genutzt werden. Wir setzen modernste RNA-Analytik wie Ribosomen-Profiling und Tiefensequenzierung ein, um die Dynamik nicht standardisierter Translationsregime und die potenzielle Rolle zellulärer Faktoren in diesem Prozess zu verstehen. Unser letztendliches Ziel ist es, das Zusammenspiel zwischen der Genexpression des Wirts und des Pathogens besser zu verstehen.

Wie vermitteln Virus- und Wirtsfaktoren Rekodierungsereignisse?

Es wird erwartet, dass während der Infektion virale RNA-Moleküle mit dem Wirt und viralen Proteinen interagieren, was für den viralen Replikationszyklus entscheidend sein könnte. Jüngste Beispiele bei Kardioviren (EMCV und TMEV) deuten darauf hin, dass Frameshifting direkt durch virale 2A-Protein-RNA-Interaktionen vermittelt werden kann. Dadurch wird sichergestellt, dass das alternative Frameshifting-Produkt zum richtigen Zeitpunkt während der Infektion hergestellt wird. Darauf aufbauend untersucht meine Gruppe, wie virale Proteine während der Translation dynamisch mit strukturierten RNAs und dem Translationsapparat des Wirts interagieren. Es ist immens wichtig, ein besseres mechanistisches Verständnis darüber zu erlangen, wie Transfaktoren die Rekodierungsereignisse steuern und die mechanischen Eigenschaften der RNA verändern, da die Modulation der RNA eine wirksame antivirale Strategie darstellt.

Unser Team hat in jüngster Zeit mehrere virale RNA-Interaktionspartner identifiziert, von denen wir gezeigt haben, dass sie die Synthese des SARS-CoV-2-Polyproteins stören. Wir arbeiten derzeit auch an der Identifizierung kleiner Moleküle, die spezifisch mit SARS-CoV-2-RNA-Elementen interagieren können, was wir als nächstes für das CoV-2-RNA-Targeting nutzen wollen.

Wie RNA-Konformationsdynamik und Interaktionen alternative Translationsereignisse antreiben

RNAs können in verschiedenen Formen existieren und mit anderen regulatorischen Elementen wie ncRNAs, kleinen Molekülen und Proteinen interagieren, um die Bedeutung der in der Primärsequenz der mRNA kodierten Botschaft zu verändern. Wie RNA-Strukturen und regulatorische Elemente alternative Translationsereignisse steuern, ist derzeit noch nicht vollständig verstanden. Eine Schlüsselfrage, mit der wir uns befassen, lautet: "Inwieweit definiert die Stärke der RNA-Basenpaarungs-Interaktionen und die Konformationsdynamik der Struktur die Neigung der Ribosomen, sich in ein alternatives Leseraster zu bewegen?" Mit Hilfe modernster Einzelmolekül- und Ensembleanalyse-Tools untersuchen wir, wie trans-wirkende Faktoren die RNA-Struktur verändern. Die von uns entwickelten Werkzeuge dienen als Einstiegspunkt für die Entwicklung potenter und spezifischer Modulatoren des Frameshifting.

POTATO: Datenanalyse leichtgemacht

Sogenannte optische Pinzetten (engl. optical tweezers) emöglichen die Untersuchung von intra- und intermolekularen Wechselwirkungen, die komplexe biologische Prozesse steuern. Jüngste Entwicklungen haben die Datenerfassung erleichtert, doch deren Analyse bleibt schwierig. Um eine effizientere Datenanalyse zu ermöglichen, haben wir das Python-basierte Analyse-Tool POTATO (engl. Practical Optical Tweezers Analysis Tool) entwickelt. POTATO verwendet vorgegebene Parameter, um automatisch Rohdaten zu verarbeiten. Unsere Forschungsergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Biophysical Journal vorgestellt.

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