Design and characterization of synthetic riboswitches for the conditional control of gene expression
| dc.contributor.author | Stifel, Julia | |
| dc.date.accessioned | 2019-02-14T09:33:39Z | |
| dc.date.available | 2019-02-14T09:33:39Z | |
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| dc.title | Design and characterization of synthetic riboswitches for the conditional control of gene expression | eng |
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| kops.date.examination | 2019-02-01 | eng |
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| kops.description.abstract | Regulatorische RNAs haben in den vergangenen zehn Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen. In der Natur wirken Riboswitches als effiziente cis-regulierende Elemente, die die Genexpression auf RNA-Ebene kontrollieren. Die Umsetzung natürlicher Riboswitch-Mechanismen in synthetische RNA-basierte Schalter hat zu wertvollen Werkzeugen für die konditionelle Kontrolle der Genexpression geführt. Typischerweise kann die Struktur eines Riboswitches in eine ligandensensitive Aptamer-Domäne und eine Expressionsplattform unterteilt werden. Die Ligandenbindung an das Aptamer führt zu strukturellen Veränderungen in der RNA-Faltung, die über die Expressionsplattform in veränderte Genexpressionslevel umgewandelt werden. Das Repertoire der synthetischen Riboswitches reicht von der Insertion einer Aptamersequenz in die zu regulierende mRNA als grundlegendster Mechanismus bis hin zu hochkomplexen Systemen auf der Basis kleiner selbstspaltender Ribozyme. Die Ligandenbindung an das Aptamer beeinflusst entweder die Zugänglichkeit von regulatorischen Elementen oder moduliert die Ribozym-Spaltungsaktivität. Die Spaltung des Ribozyms führt anschließend zum mRNA-Abbau oder zur Freisetzung regulatorischer Elemente der Translation. Die vorgestellte Arbeit präsentiert Beispiele für synthetische Riboswitches in verschiedenen Kontexten. Das Design und die Charakterisierung allosterischer Ribozyme auf der Grundlage des Hammerhead-Ribozyms sind in den Kapiteln 2 und 3 beschrieben. Schalter wurden in Bakterien gescreent und in der Säugetierzellkultur weiter getestet. Ein Hochdurchsatz-Screening auf guaninabhängige Aptazyme ergab sowohl EIN- als auch AUS-Schalter aus derselben Bibliothek. Diese Schalter haben sich als leistungsfähige, dosisabhängige Regulatoren in Bakterien bewährt. Das Screening aller drei natürlich vorkommenden Klassen von Guanidin bindenden Aptameren ergab EIN-Schalter für das Guanidin-II und AUS-Schalter für das Guanidin-III Motiv. Sowohl für Guanin als auch für Guanidin ist die Übertragbarkeit des Schaltverhaltens vom prokaryotischen auf einen eukaryontischen Kontext nicht gegeben. Ein alternativer Regulationsmechanismus der Genregulation in der Säugetierzellkultur, der auf einem Aptamer basiert, das alternative Spleißereignisse moduliert, wird in Kapitel 4 vorgestellt. Hochwirksame Regulatoren auf Basis des Guanins und des Theophyllin-Aptamers wurden rekonstruiert, während die Anwendung des Guanidin II und des TPP-Aptamers nur ein moderates regulatorisches Potenzial zeigte. Kapitel 5 beschreibt in vitro Messungen von RNA-Liganden-Interaktionen. Sequenzvarianten von Aptameren, die zyklisches Di-Guanosin Monophosphat erkennen, wurden auf ihre Bindungsfähigkeiten gegen alle zehn kanonischen Kombinationen von zyklischen Dinukleotiden getestet. Im Allgemeinen zeichnen die in dieser Arbeit beschriebenen Ergebnisse ein Bild von den weit verbreiteten Funktionen, die regulatorische RNAs besitzen können. Das Potenzial dieser Sequenzen für die konditionelle Genexpressionskontrolle wird verdeutlicht, gleichzeitig werden die Schwierigkeiten bei der Weiterentwicklung funktioneller synthetischer Schalter aufgezeigt. | eng |
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