Mechanismen des RNA-Recodings bei Infektionen

Verschiedene Virustypen wie Ebola, Influenza und HIV besitzen ein extrem kleines Genom, bei welchem RNA als genetisches Material verwendet wird. Damit ihre Gene von der Translationsmaschinerie des Wirtes in eine Vielzahl von Genprodukten umgeschrieben werden, haben sich verschiedene Strategien zu alternativer Translation entwickelt. Hierzu gehören unter anderem das Überlesen von Stopcodons oder die Verwendung alternativer ribosomaler Eintrittstellen (non-IRES initiation) und ribosomaler Rasterverschiebungen (Frameshifting). Interessanterweise werden diese Mechanismen auch bei der Expression der zellulären Gene des Wirtes verwendet. Durch unsere Forschung möchten wir die Prozesse verstehen, die es ermöglichen, auf einem RNA-Strang mehrere Proteine simultan zu codieren und wie dadurch Genexpression zeitlich und räumlich reguliert werden kann.

Leitung

Unsere Forschung

Beispiele für translationelles Recoding © HIRI

Der zentrale Fokus unserer Forschung liegt darauf, die molekularen Komponenten und Mechanismen zu identifizieren, die dem RNA-Recoding bei viralen Infektionen zugrunde liegen.
Einige pathogene Viren (HIV, SARS-CoV) nutzen Frameshifting als Recoding-Prozess, um wichtige Gene für die Replikation und Proliferation synthetisieren zu lassen. Ein genau bestimmtes Verhältnis an unterschiedlichen Proteinen, die aufgrund der Rasterverschiebungen exprimiert werden, ist hierbei essentiell für die Vermehrung der Viren.

Neueste Forschungsergebnisse lassen außerdem darauf schließen, dass trans-agierende kleine RNA-Moleküle und Proteine an der zeitlichen Steuerung des Frameshifting beteiligt sind. Bislang sind jedoch weder die Bedeutung alternativer Translationsmechanismen, noch deren Regulation bei zellulären Prozessen und während der Pathogenese verstanden.

3D-Modell des Ribosomen-Frameshiftings © Wendy Liu

Mit unserer Forschung ergründen wir ebendiese zugrundeliegenden mechanistischen Abläufe.
Anhand der Erstellung und Charakterisierung eines RNA-Interaktionsnetzwerkes möchten wir Einblicke in das Zusammenspiel zwischen den Prozessen pathogener Viren und deren Wirtszellen erhalten. Außerdem nutzen wir interdisziplinäre Ansätze, um spezifische Frameshifting-Prozesse aufzuklären. Hierbei kombinieren wir biochemische und biophysikalische Analysemethoden mit neuesten RNA-Analyse-Verfahren, wie Ribosomen-Profiling und Deep Sequencing.
Zu unseren Modelsystemen gehören sowohl vereinfachte rekonstituierte virale und zelluläre Komponenten, als auch Zellkulturen von Säugetieren, was es uns erlaubt, molekulare Phänomene in vitro und in vivo zu analysieren.

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