Verbundprojekt
SPP 1258 TP - Sensory and regulatory RNAs in Prokaryotes - Teilprojekt: Processing and degradation of regulatory RNAs in Escherichia coli
Geldgeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft
Laufzeit: 2007-2011
URL: https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/39769073
Ausführliche Beschreibung:
Schwerpunktprogramm:
Eine der faszinierendsten Entwicklungen in der gegenwärtigen Biologie ist die Entdeckung einer rasch wachsenden Zahl von regulatorischen RNA-Molekülen. Das zentrale Dogma der Molekularbiologie besagt, dass die genetische Information von der DNA über die RNA zum Protein weitergeleitet wird. Entsprechend glaubte man, dass Proteine die wesentlichen strukturellen, katalytischen und auch regulatorischen Funktionen in einer Zelle übernehmen. Dieses Konzept wurde jedoch zunehmend in Frage gestellt, nachdem eine Vielzahl regulatorischer RNAs entdeckt wurde, die an der Kontrolle wichtiger physiologischer Prozesse beteiligt sind.
Zum einen sind in den letzten vier Jahren eine enorme Zahl nichtkodierender kleiner RNAs (sRNAs) beschrieben, aber nur in wenigen Fällen genauer untersucht worden. Sie binden hochspezifisch an mRNAs oder Proteine und modulieren deren biologische Aktivität. Solche sRNAs können ganze Signalketten in zellulären Adaptations- und Differenzierungsprozessen steuern, den Virulenzstatus pathogener Bakterien bestimmen oder als echte "Masterregulatoren" der globalen Transkription wirken. Zum anderen stellte sich heraus, dass bestimmte RNA-Moleküle auch selbst als Sensor von physiologischen Veränderungen agieren. Erst vor wenigen Jahren entdeckte Riboschalter (Riboswitche) in bakteriellen mRNAs binden direkt und hochspezifisch wichtige zelluläre Metabolite. Dadurch ausgelöste Konformationsänderungen stellen die Expression der kontrollierten Gene entweder an oder aus. RNA-Thermometer arbeiten nach dem gleichen Prinzip, reagieren aber nicht auf chemische Signale, sondern auf intrazelluläre Temperaturänderungen, um die Expression von Stress- und Virulenzgenen zu kontrollieren.
Im Schwerpunktprogramm wollen wir anhand von ausgewählten Modellorganismen folgende zentrale Fragen beantworten: Wie viele regulatorische RNAs besitzen Prokaryoten? Welche generellen strukturellen und funktionellen Merkmale lassen sich erkennen? Wie erreichen regulatorische RNAs ihre hohe Spezifität bei der Bindung von Zielmolekülen, seien es mRNAs, Proteine oder Metabolite? In welchem Umfang greifen die RNAs in die Kontrolle des zellulären Stoffwechsels ein? Wie wichtig sind sie für das Überleben unter verschiedenen Umweltbedingungen? Wo liegt das biotechnologische Potenzial von Riboschaltern? Weshalb benutzen Zellen regulatorische RNAs anstatt Proteine?
Teilprojekt:
To understand the regulation by RNA it is necessary to know how these RNA molecules are generated and turned-over. While some small RNAs represent primary transcripts, others are generated from larger RNA transcripts by processing. Some small RNAs exert their function by influencing the stability of the target RNA. Even if the small RNA does not influence the decay of target RNAs, its own turn-over rate may strongly influence its regulatory impact. While some small RNAs are very stable (half-life 30 min or more), others are turned-over within few minutes. Initially we will concentrate our studies on three systems: i) the ibpBA mRNA which harbours two putative RNA thermometers that are analyzed in regard to function by Franz Narberhaus, ii) rpoS and the small RNAs influencing rpoS expression involved in stationary phase and stress regulation (studied by R. Hengge and J. Vogel) and iii) the GcvB and Omr RNAs (affect outer membrane composition) which exhibit remarkably different half-lives. The decay of the RNAs will be analyzed under different growth conditions and in RNase mutant strains in order to get first insights into the underlying mechanisms. This will be complemented by in vitro studies using in vitro transcripts in combination with target RNAs and/or the RNA chaperone Hfq and isolated RNases or degradosome complexes. Hypotheses on the decay mechanisms arising from these studies will then be challenged by generating modified RNAs, whose decay will again be analyzed in vivo and in vitro.
Schwerpunktprogramm:
Eine der faszinierendsten Entwicklungen in der gegenwärtigen Biologie ist die Entdeckung einer rasch wachsenden Zahl von regulatorischen RNA-Molekülen. Das zentrale Dogma der Molekularbiologie besagt, dass die genetische Information von der DNA über die RNA zum Protein weitergeleitet wird. Entsprechend glaubte man, dass Proteine die wesentlichen strukturellen, katalytischen und auch regulatorischen Funktionen in einer Zelle übernehmen. Dieses Konzept wurde jedoch zunehmend in Frage gestellt, nachdem eine Vielzahl regulatorischer RNAs entdeckt wurde, die an der Kontrolle wichtiger physiologischer Prozesse beteiligt sind.
Zum einen sind in den letzten vier Jahren eine enorme Zahl nichtkodierender kleiner RNAs (sRNAs) beschrieben, aber nur in wenigen Fällen genauer untersucht worden. Sie binden hochspezifisch an mRNAs oder Proteine und modulieren deren biologische Aktivität. Solche sRNAs können ganze Signalketten in zellulären Adaptations- und Differenzierungsprozessen steuern, den Virulenzstatus pathogener Bakterien bestimmen oder als echte "Masterregulatoren" der globalen Transkription wirken. Zum anderen stellte sich heraus, dass bestimmte RNA-Moleküle auch selbst als Sensor von physiologischen Veränderungen agieren. Erst vor wenigen Jahren entdeckte Riboschalter (Riboswitche) in bakteriellen mRNAs binden direkt und hochspezifisch wichtige zelluläre Metabolite. Dadurch ausgelöste Konformationsänderungen stellen die Expression der kontrollierten Gene entweder an oder aus. RNA-Thermometer arbeiten nach dem gleichen Prinzip, reagieren aber nicht auf chemische Signale, sondern auf intrazelluläre Temperaturänderungen, um die Expression von Stress- und Virulenzgenen zu kontrollieren.
Im Schwerpunktprogramm wollen wir anhand von ausgewählten Modellorganismen folgende zentrale Fragen beantworten: Wie viele regulatorische RNAs besitzen Prokaryoten? Welche generellen strukturellen und funktionellen Merkmale lassen sich erkennen? Wie erreichen regulatorische RNAs ihre hohe Spezifität bei der Bindung von Zielmolekülen, seien es mRNAs, Proteine oder Metabolite? In welchem Umfang greifen die RNAs in die Kontrolle des zellulären Stoffwechsels ein? Wie wichtig sind sie für das Überleben unter verschiedenen Umweltbedingungen? Wo liegt das biotechnologische Potenzial von Riboschaltern? Weshalb benutzen Zellen regulatorische RNAs anstatt Proteine?
Teilprojekt:
To understand the regulation by RNA it is necessary to know how these RNA molecules are generated and turned-over. While some small RNAs represent primary transcripts, others are generated from larger RNA transcripts by processing. Some small RNAs exert their function by influencing the stability of the target RNA. Even if the small RNA does not influence the decay of target RNAs, its own turn-over rate may strongly influence its regulatory impact. While some small RNAs are very stable (half-life 30 min or more), others are turned-over within few minutes. Initially we will concentrate our studies on three systems: i) the ibpBA mRNA which harbours two putative RNA thermometers that are analyzed in regard to function by Franz Narberhaus, ii) rpoS and the small RNAs influencing rpoS expression involved in stationary phase and stress regulation (studied by R. Hengge and J. Vogel) and iii) the GcvB and Omr RNAs (affect outer membrane composition) which exhibit remarkably different half-lives. The decay of the RNAs will be analyzed under different growth conditions and in RNase mutant strains in order to get first insights into the underlying mechanisms. This will be complemented by in vitro studies using in vitro transcripts in combination with target RNAs and/or the RNA chaperone Hfq and isolated RNases or degradosome complexes. Hypotheses on the decay mechanisms arising from these studies will then be challenged by generating modified RNAs, whose decay will again be analyzed in vivo and in vitro.
Koordinierende Einrichtung
- Ruhr-Universität Bochum
Kooperationspartner mit Förderung
1 von 4
- Albert-Ludwigs-Universität Freiburg
- Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
- Ernst-Moritz-Arndt-Universität Greifswald
- Friedrich-Schiller-Universität Jena
- Georg-August-Universität Göttingen
