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.