Structure of RNA polymerase II transcription complexes

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Die Genexpression in Eukaryonten wird hauptsächlich auf dem Niveau der mRNA Transkription durch RNA Polymerase II (Pol II) reguliert. Die Pol II Transkription liegt dem Zellwachstum, der Organismen-Entwicklung und vielen menschlichen Krankheiten zugrunde. Die kürzlich bestimmten Kristallstrukturen des 0.4 MDa schweren Kerns von Pol II aus Hefe, sowohl in freier Form als auch im Komplex mit DNA und RNA, sind Meilensteine in der Transkriptionsforschung (Cramer et al., Science 28. April 2000; Cramer et al. & Gnatt et al., Science 8. Juni 2001). Diese Strukturen, die ich als DFG-Postdoktorand an der Stanford Universität in USA löste, erklären viele Aspekte der Transkriptions-Elongationsphase, der Initiations-Mechanismus bleibt jedoch weitgehend unverstanden. Zur Initiation benötigt Pol II bis zu sechs allgemeine Transkriptionsfaktoren, die einen sehr großen Komplex mit Pol II und DNA bilden. Dieser Initiations-Komplex steht im Mittelpunkt der Genregulation und ermöglicht die Erkennung und Öffnung von Promoter-DNA und die Lokalisierung der Transkriptions-Sartstelle. Mit meiner gerade etablierten Arbeitsgruppe möchte ich die Röntgenstrukturanalyse von Pol II schrittweise auf einen minimalen Initiations-Komplex ausdehnen sowie offene Fragen zum Elongations-Mechanismus bearbeiten. In den ersten drei Jahren plane ich, die Kristallstruktur des Pol II-Kerns (i) im Komplex mit verschiedenen Nukleinsäure-Konstrukten und (ii) gebunden an den Rpb4/7-Komplex, der für die Initiation essentiell ist, zu lösen und (iii) Vorarbeiten zur Strukturanalyse von Pol II im Komplex mit den allgemeinen Transkriptionsfaktoren TFIIE und TFIIF durchzuführen. Ich erwarte Ergebnisse, die (i) unser Verständnis der Elongation erweitern, (ii) neue Einblicke in den Initiations-Mechanismus gewähren und (iii) zu technischen Fortschritten in der Röntgenstrukturanalyse sehr großer, transienter makromoleuklarer Komplexe führen.