Project

Back to overview

Towards understanding mechanism and physiological role of nonsense-mediated mRNA decay (NMD)

English title Towards understanding mechanism and physiological role of nonsense-mediated mRNA decay (NMD)
Applicant Mühlemann Oliver
Number 182831
Funding scheme Project funding (Div. I-III)
Research institution Departement für Chemie, Biochemie und Pharmazie Universität Bern
Institution of higher education University of Berne - BE
Main discipline Molecular Biology
Start/End 01.10.2018 - 30.09.2021
Approved amount 834'150.00
Show all

All Disciplines (3)

Discipline
Molecular Biology
Biochemistry
Cellular Biology, Cytology

Keywords (6)

biochemical mRNP purification; posttranscriptional gene regulation; translation termination; Nonsense-mediated mRNA decay; mRNA turnover; genome editing

Lay Summary (German)

Lead
Die korrekte Expression der genetischen Information ist für die Existenz komplexer Organismen unabdingbar. Um dies zu gewährleisten, haben Zellen eine Vielzahl von Qualitätskontrollmechanismen entwickelt. Die zur Zeit bestuntersuchte dieser Qualitätskontrollen erkennt Boten-RNAs (mRNA) die Probleme bei der Translationstermination haben und wird “nonsense-mediated mRNA decay” (NMD) genannt. Das Projekt hat zum Ziel den molekularen Mechanismus von NMD und dessen physiologische Bedeutung zu verstehen.
Lay summary

Die Umsetzung der genetischen Information, d.h. die Genexpression, basiert eine Kaskade komplexer biochemischer Reaktionen von denen jeder Schritt mit einer gewissen Fehlerrate behaftet ist. Um gesamthaft die Akkumulierung zu vieler Fehler in mRNAs zu vermeiden haben eukaryontische Zellen verschiedene Checkpoints entwickelt, die fehlerhaft prozessierte mRNAs erkennen und rasch degradieren. Einer dieser Checkpoints erkennt mRNAs, deren Proteinbauplan vorzeitig abbricht und für den Prozess des schnellen Abbaus dieser sogenannten nonsense mRNAs wurde der Fachbegriff „nonsense-mediated mRNA decay“ (NMD) geprägt. Über seine Qualitätskontrollfunktion hinaus spielt NMD auch eine Rolle bei der Justierung der intrazellulären Konzentration von ungefähr 10% aller bekannten mRNAs. Welche biologischen Prozessen durch NMD beeinflusst oder gar gesteuert werden, ist noch nicht bekannt und ein Ziel dieses Projekts ist deshalb, mehr über die physiologischen Funktionen von NMD in humanen Zellen zu erfahren. Dazu mutieren und deletieren wir mittels CRISPR-Cas Technologie verschiedene NMD Faktoren in induzierbaren pluripotenten Stammzellen (iPSCs) und untersuchen dann,ob diese Veränderungen einen Einfluss auf die Differenzierung der Stammzellen haben. Ein anderer Fokus liegt auf der Aufklärung des molekularen Mechanismus von NMD. Insbesondere versuchen wir die Kriterien zu verstehen, welche die Zellen zur Unterscheidung zwischen „richtig“ (kein NMD Substrat) und „falsch“ (mRNA wird durch NMD abgebaut) anwendet.

Die erwarteten Resultate sollen nicht nur unser Verständnis für die der Genexpression in menschlichen Zellen unterliegenden molekularen Vorgänge erweitern, sondern sind auch von medizinischem Interesse, da ca. ein Drittel aller mit Krankheiten assoziierten Mutationen zur Produktion von nonsense mRNAs führt, die dann durch NMD abgebaut werden. Aus diesem Grund ist NMD ein wichtiger Modulator der klinischen Manifestationen dieser Erbkrankheiten.
Direct link to Lay Summary Last update: 01.10.2018

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
162986 Quality control of gene expression: towards understanding mechanism and physiological role of nonsense-mediated mRNA decay (NMD) 01.10.2015 Project funding (Div. I-III)

Abstract

Transcriptome profilings have revealed many physiological mRNAs lacking recognizable premature termination codons (PTCs) as targets of “Nonsense-Mediated mRNA Decay” (NMD), indicating that NMD may play a more general role in posttranscriptional regulation of gene expression that extends beyond its classical role in mRNA quality control. There is evidence that NMD influences biological processes as diverse as telomere maintenance, transcription, cell proliferation, cell cycle, cellular transport and organization, and metabolism. One goal of our research is therefore to investigate in which biological contexts NMD plays an important regulatory function. We approach this by editing or inactivating endogenous alleles encoding NMD factors in human induced pluripotent stem cells (iPSCs) and cancer cells (HT1080). Another goal is to further our understanding of the molecular mechanism of NMD and the factors involved. To this end, we will conduct a screen to identify new human NMD factors and characterize their role in NMD. Finally, we will continue our attempts to biochemically purify and analyze specific mRNP species with the aim of comparing composition and architecture of mRNPs assembling on a PTC-containing NMD-targeted mRNA and on its PTC-free, NMD-resistant counterpart.
-