Nanopore t(our)RNAment - Entschlüsselung von tRNA-Modifikationslandschaften und -netzwerke

Transfer-RNAs (tRNAs) spielen eine zentrale Rolle bei der Proteinübersetzung, indem sie mRNA-Codons decodieren und die entsprechenden Aminosäuren zum Ribosom hinbringen. Ihre Funktion beruht maßgeblich auf chemischen Modifikationen, welche die Faltung, Stabilität, Aminoacylierung und Codon-Anticodon-Erkennung der tRNA beeinflussen. Über 150 Modifikationen wurden bisher identifiziert, wobei jede tRNA typischerweise an 5–15 Positionen modifiziert ist. Diese Modifikationen variieren in ihrer Komplexität – von einfachen chemischen Veränderungen (z. B. Methylierung, Desaminierung) bis hin zu komplexen enzymatischen Prozessen (z. B. Queuosin, mcm5S2U). Die meisten sind evolutionär konserviert, was ihre Bedeutung für lebende Organismen unterstreicht. Krankheiten, die durch fehlerhafte tRNA-Modifikationen verursacht werden, werden als „tRNA-Modopathien“ bezeichnet. Die Erforschung von tRNA-Modifikationen und der dafür verantwortlichen Enzyme ist daher unerlässlich für das Verständnis von tRNA-Modopathien. Bislang wurden 54 solcher Enzyme und ihre Partner mit menschlichen Erkrankungen in Verbindung gebracht, darunter neurologische Störungen, Nierenfunktionsstörungen, mitochondriale Erkrankungen und Krebs. Beispielsweise tragen Mutationen mitochondrialer tRNA zu den MELAS- und MERRF-Syndromen bei. Mutationen in NSUN2, einer tRNA-Methyltransferase für m⁵C, verursachen geistige Behinderung und Mikrozephalie. Modifizierte Suppressor-tRNAs bergen zudem therapeutisches Potenzial zur Korrektur pathogener Nonsense-Mutationen. Daher ist die Untersuchung von tRNA-Modifikationen entscheidend für das Verständnis und die Behandlung verschiedener menschlicher Erkrankungen. Ziel dieses Projekts ist es, einen umfassenden Überblick über die tRNA-Modifikationen im Transkriptom des Modellorganismus Schizosaccharomyces pombe sowie in den menschlichen Zellen HCT116 und hIPSC zu erhalten. Methodisch werden wir diese Informationen durch direkte RNA-Sequenzierung ex cellulo mittels Oxford Nanopore Technology (ONT) gewinnen. Angesichts der relativ geringen Größe des S. pombe-Genoms bieten Studien an Hefe eine effektive Plattform zur Untersuchung von tRNA-Modifikationen und dienen hier als Testfeld für Ansätze, die auf menschliche Zellen ausgeweitet werden sollen – eine Strategie, die sich in vielen Bereichen der Genetik und Molekularbiologie als erfolgreich erwiesen hat.