Project

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Mapping oxidation of the ribosomal RNA via Mass Spectroscopy

Applicant Willi Jessica
Number 181745
Funding scheme Doc.Mobility
Research institution Department of Chemistry University of Cincinnati
Institution of higher education Institution abroad - IACH
Main discipline Biochemistry
Start/End 01.07.2018 - 31.12.2018
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All Disciplines (3)

Discipline
Biochemistry
Organic Chemistry
Molecular Biology

Keywords (7)

Mass Spectrometry; RNA; Tool development; Oxidation; Ribosome; Analytics; Alzherimer's disease

Lay Summary (German)

Lead
Das Ribosom ist eine wichtige Maschine im Inneren jeder Zelle, denn es stellt nach dem Bauplan des genetischen Codes alle Proteine her, was absolut lebensnotwendig ist. Doch wie jede andere Maschine kann das Ribosom im Laufe seines Lebens „Rost ansetzen“ oder oxidieren, wie Chemiker dazu sagen. Diese rostigen Ribosomen wurden bereits in diversen Krankheiten wie Alzheimer, Parkinson’s oder auch Diabetes gefunden. Fest steht, dass gewisse rostige Stellen die Funktion des Ribosoms stark beeinträchtigen können, während Rost an anderen Stellen gut toleriert wird. Dies wirft die Frage auf, welche Stellen denn nun unter realistischen Bedingungen bzw. in Krankheiten tatsächlich oxidiert werden.
Lay summary

In diesemForschungsprojekt wollen wir eine neuartige Methode entwickeln, womit wir dieseoxidierten Stellen punktgenau ausfindig machen können. Dazu zerhacken wir dasRibosom in kleine Einzelstücke, um ihr Gewicht mittels einesMassenspektrometers auf das Atom genau zu bestimmen. Die Anlagerung vonOxidation erscheint als Gewichtszunahme von genau einem Sauerstoff-Atom. Setzenwir diese Daten vom ganzen Ribosom zusammen, erhalten wir eine Art Landkarte derOxidation. Die Methode wird zuerst am relativ einfachen Ribosom von E. colientwickelt, kann danach jedoch ausgeweitet werden, um auch Ribosomen vonweitern Bakterien, Hefe, und sogar Menschen zu analysieren. Daneben werden wirdie Konditionen variieren, um zu eruieren ob die Oxidation unter gewissen Umständenbesser vertragen wird. Damit können wir umso genauer einschätzen, wie dasRibosom in diesem oxidierten Zustand beeinträchtigt ist, inwiefern das zualtersbedingten Krankheiten beiträgt und ob man es vielleicht sogar schützenkann.

Dies istein Grundlagenforschungs-Projekt. Um komplexe Krankheiten wie Alzheimer zuverstehen, ist es wichtig, sich mit den zum Degenerationsverlauf beitragendenSchäden in der Zelle zu befassen. Die Ergebnisse dieses Projekts werden sowohlfür die Ribosomen-Forschungsgemeinschaft als auch für die die Medizin und möglicheTherapieansätze interessant sein. Zudem kann die Methode, einmal entwickelt,auch von anderen Forschern auf weitere Probleme angewandt werden.

Direct link to Lay Summary Last update: 31.05.2018

Responsible applicant and co-applicants

Awards

Title Year
Phil nat. Fakultätspreis fuer beste Dissertation (Chemie und Biochemie) 2019

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
188969 The stressed ribosome: from molecular characterization to cellular consequences 01.11.2019 Project funding (Div. I-III)
166527 Stress-mediated effects on ribosome functions and translation control 01.07.2016 Project funding (Div. I-III)

Abstract

The ribosome is the largest known RNA catalyst and, because of its central role in protein synthesis, certainly one of the most critical enzymes in the cell. Previous research found that ribosomal RNA is oxidized under physiologically relevant conditions of oxidative stress, such as in aging and disease. These oxidative lesions clearly impair translation, by interfering with the structural integrity and molecular mechanisms within the ribosome. However, the effect of one rRNA oxidation heavily depends on the exact location of the oxidative lesions within the ribosome.In order to understand how the ribosome is affected by oxidation, it is therefore imperative that we know where oxidative lesions accumulate in the rRNA. This necessitates identifying oxidative lesions in the rRNA in a sequence-dependent manner, resulting in a single-nucleotide resolution, comprehensive and quantitative map. This can be achieved my mass spectroscopy-based techniques (MS), analogous to the mapping process of post-transcriptional RNA modifications. Combing the Limbach lab’s expertise on mapping RNA modifications via MS with the Polacek lab’s knowledge of ribosome biology can synergize a novel way of looking at RNA oxidation in general and oxidized ribosomes in particular.The goal of this project is to establish a specialized workflow for the creation of rRNA oxidation maps (including sample preparation, MS and analysis). Then, rRNA oxidations could be mapped under different stress conditions both in vitro and in vivo, in order to determine which rRNA regions are prone to oxidation. This knowledge would deepen our molecular understanding of how translation fails in age-related diseases leading to cell death. Furthermore, in vivo positional information of rRNA oxidation would strengthen the link between our previous experimental findings and biology.Once established, this method will also be useful for other researchers in need for positional information of oxidation, such as those studying oxidized mRNA or ncRNA. We plan to make both the methodology and the created rRNA oxidation maps available to researchers in the diverse fields of RNA, ribosomes, mass spectroscopy, aging and neurodegenerative diseases.
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