Regulated maturation and controlled degradation: the life cycle of RNAs in Haloferax volcanii

调控成熟和控制降解:Haloferax volcanii 中 RNA 的生命周期

基本信息

项目摘要

Ribonucleases have a central role in the RNA metabolism of the cell. All RNAs are transcribed as precursor molecules that have to undergo a series of processing steps to generate the final mature molecule. In addition the cell has to remove in a controlled and regulated manner all RNAs, that have defects or are not required anymore. For these processes ribonucleases are essential and up to now only a few ribonucleases have been identified in Archaea. The goal of this project is to identify and characterize ribonucleases in the model archaeon Haloferax volcanii. In our preliminary work first data concerning three different ribonucleases have been acquired: data about the tRNase Z, the essential tRNA 3´ processing enzyme, and the RNase G/E as well as the protein RppH.In this proposal all of the biological functions of the following enzymes will be studied: tRNase Z, RNase G/E, RppH and tRNA splice endonuclease. Furthermore, using in vitro approaches new enzymes will be identified catalysing RNA 5´-> 3´-degradation, RNA 3´-> 5´-degradation and degradation of double stranded RNA. In addition, proteins that have been annotated as potential ribonucleases will be investigated. All experiments will be carried out in H. volcanii, since this archaeon is easy to genetically modify, the genome is sequenced and annotated, a reporter gene system is available and we are currently developing a knock down system for it in a parallel project. Recently a knock down system for prokaryotes has been developed (CRISPRi). This will allow to study and identify the biological function of essential genes. We will apply this method to study the essential ribonucleases tRNase Z and tRNA splice endonuclease.The analysis of ribonucleases in the frame of this project will provide information about RNA maturation and degradation in H. volcanii and thereby add new important data about the RNA metabolism in Archaea. New insights into the here studied RNases will also be interesting for the general RNA community since we will study homologs of bacterial and eukaryotic enzymes. Another interesting angle of this study is the evolutionary aspect. We expect to find next to the homologs to bacterial and eukaryotic enzyme also archaea-specific RNases, meaning that archaeal cells contain a mixture of RNases of all three domains. Comparison of these enzymes to each other and the analysis of interactions between them will be another interesting aspect of this study.
核糖核酸酶在细胞的RNA代谢中起着中心作用。所有rna都被转录为前体分子,前体分子必须经过一系列的加工步骤才能产生最终的成熟分子。此外,细胞必须以一种控制和调节的方式去除所有有缺陷或不再需要的rna。对于这些过程,核糖核酸酶是必不可少的,到目前为止,只有少数核糖核酸酶在古细菌中被鉴定出来。本项目的目的是鉴定和表征古细菌模型中的核糖核酸酶。在我们的初步工作中,首先获得了关于三种不同核糖核酸酶的数据:tRNase Z,必需的tRNA 3加工酶,RNase G/E以及蛋白质RppH的数据。在本提案中,将研究以下酶的所有生物学功能:tRNase Z, RNase G/E, RppH和tRNA剪接内切酶。此外,利用体外方法将鉴定出催化RNA 5′-> - 3′降解、RNA 3′-> - 5′降解和双链RNA降解的新酶。此外,已被注释为潜在核糖核酸酶的蛋白质将被研究。所有的实验都将在H. volcanii中进行,因为这种古菌易于遗传修饰,基因组测序和注释,报告基因系统是可用的,我们目前正在并行项目中开发它的敲除系统。最近,一种原核生物基因敲除系统(CRISPRi)被开发出来。这将有助于研究和确定基本基因的生物学功能。我们将应用这种方法来研究tRNase Z和tRNA剪接内切酶。本项目框架内核糖核酸酶的分析将提供关于H. volcanii RNA成熟和降解的信息,从而为古细菌RNA代谢提供新的重要数据。由于我们将研究细菌和真核生物酶的同源物,因此对这里研究的RNA酶的新见解也将对一般RNA群落产生有趣的影响。这项研究的另一个有趣的角度是进化方面。我们期望在细菌和真核生物酶的同系物中找到古细菌特异性的rna酶,这意味着古细菌细胞含有所有三种结构域的rna酶的混合物。这些酶之间的相互比较和它们之间相互作用的分析将是这项研究的另一个有趣的方面。

项目成果

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