Vom Genom zur Funktion
(RNA Prozessierung in hyperthermophilen Archaea)
Da zur Zeit die Genome vieler Organismen aus den drei Reichen der Lebewesen (Eubacteria, Archaea und Eukarya) vollständig sequenziert sind, und viele Genomprojekte kurz vor der Vollendung stehen, ist es möglich, mit Methoden der Bioinformatik Hypothesen über metabolischen Mechanismen in bestimmten Organismenklassen, und über die daran beteiligten Gene, zu formulieren. Die experimentelle Überprüfung dieser Hypothesen ermöglicht eine gezielte und effiziente Forschung und dient gleichzeitig der Verifizierung der Annotation der Genprodukte in der Genomdatenbank.
Unsere Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit den Mechanismen der RNA-Prozessierung in Prokaryonten. Fast alle RNAs werden als grössere Vorläufermoleküle in der Zelle gebildet und durchlaufen eine Anzahl von Prozessierungsschritten. Bei diesen Prozessierungs-vorgängen müssen bestimmte RNA Bereiche spezifisch von Proteinen erkannt werden, die dann mit der RNA interagieren und eine Spaltung katalysieren. Während diese Prozessierungsvorgänge in Bacterien und Eukaryonten intensiv untersucht werden, ist sehr wenig über diese Vorgänge in Archaea bekannt.
In Eukaryonten wurde die Existenz eines Exosoms nachgewiesen, eines Multienzym-komplexes bestehend aus mehreren 3‘-5‘ Exoribonukleasen und RNA-Helikasen, der für den exonukleolytischen Abbau von mRNA sowie für rRNA Prozessierung verantwortlich ist. Der Vergleich der Genomsequenzen verschiedener Archaea zeigte, dass einige Vertreter über operonale Strukturen verfügen, deren Gene für Proteine kodieren, die Homologie zu den eukaryontischen exosomale Untereinheiten aufweisen (Koonin et al., 2001). Im Gegensatz dazu wurden in keinem der sequenzierten archaealen Genome hypothetische Genprodukte identifiziert, die zu den bakteriellen Enzymen RNase III und RNase E Homologien zeigen. Diese zwei Endoribonukleasen haben Schlüsselfunktionen in der Prozessierung und Degradation der RNA in Bakterien.
Die beschriebenen Erkentnisse führen zu der Annahme, dass der RNA-Metabolismus in Archaea Eukaryonten-spezifische Züge trägt. Wir haben uns entschieden, die Hypothese der Existenz eines Exosom-ähnlichen Proteinkomplexes in Archaea zu überprüfen. Als Modellorganismus haben wir das hyperthermophile Archaeon Sulfolobus solfataricus gewählt.
Die Gene aus S. solfataricus, die die hypothetischen Exosom-Untereinheiten kodieren, sollen in E. coli kloniert werden. Anschliessend sollen die Proteine überexprimiert, aufgereinigt und charakterisiert werden. Ihre Untersuchung eröffnet eine gute Möglichkeit, die Interaktion zwischen Proteinen und Nukleisäuren unter extremen Bedingungen (80°C) zu analysieren.
Stand des Projektes: Aufreinigung und Charakterisierung putativer Exosom-Untereinheiten aus dem hyperthermophilen Archaeon S. solfataricus
RNA-bindendes Protein
Literatur:
Koonin EV, Wolf YI, Aravind L. 2001. Prediction of the archaeal exosome and its connections with the proteasome and the translation and transcription machineries by a comparative-genomic approach. Genome Res. 11: 240-252.