RNA switches – how structural changes influence the function
- Reference number
- ICA14-0023
- Start and end dates
- 150901-191130
- Amount granted
- 4 000 000 SEK
- Administrative organization
- Karolinska Institutet
- Research area
- Life Sciences
Summary
The human genome encodes >1700 microRNAs (miRNA), which regulate at least 30% of all proteins expressed. Dysregulated miRNAs have been found in >50% of all forms of cancer and play hence a central role in cancer development. Understanding miRNA function and structure is therefore crucial for understanding of cancer regulation. The microRNA miR-34a, studied in this project, inactivates the well-known cancer suppressor protein p53 via deacetylation by Sirt1. The mechanism of miR-34a inhibition is not fully understood due to the lack of structural and dynamical information. We are using Nuclear Magnetic Resonance (NMR) to elucidate the guidelines of miRNA-mRNA interaction. This will, based on base-pairing energetics and alternative structure formation, permit fine-tuning of the miRNA-based regulation of translation of cancer related proteins, as in for miR-34a. Further, miR-34a has more than 50 known target mRNAs, but it is not understood, which mRNA is regulated at what point. We will use NMR, biochemical and in-vivo methods to understand how miR-34a selects its correct target from a pool of other mRNAs (e.g. CD44, Jagged). My research will help understanding the selection process of microRNAs as regulators in cancer and therefore will generate key information indispensable for innovative development of miRNA tools for cancer and pharmaceutical research. Insights into the dynamics of base-pairing will facilitate prediction of other miRNA-mRNA complexes and their motions.
Popular science description
Endast 25% av människans arvsmassa kodar för protein och resten har man trott vara skräp, men nyligen har man upptäckt att 75% kodar för RNA. Det öppnar en värld av RNA-molekyler med okända funktioner. Dessa RNA rör sig och dessa rörelser reglerar RNA-funktionen. Tills nu har vi bara kunnat ta ögonblicksbilder av RNA-molekyler, men för att studera hur RNA rörelse förklarar deras funktioner krävs observation av deras rörelse. Föreställ dig att vi inte vet vad en sax är, och att de enda ledtrådar vi har är bilder på en sax i stängt tillstånd. Då blir det svårt att sluta sig till saxens funktion. Men då vi ser hur sax bladen öppnas och slutas blir funktionen uppenbar. Öppna saxen motsvaras av ett exciterat tillstånd hos en RNA-molekyl. Vi är de första som lyckats påvisa exciterade tillstånd i RNA och visat att det är avgörande för funktionen av RNA från HIV (Nature 2012), vilket vi gjorde med hjälp av kärnmagnetisk resonans (NMR). Jag avser att med NMR undersöka rörelser och exciterade tillstånd hos mikroRNA, vilka är relaterade bl.a. till cancer och åldring. Ett visst mikro-RNA reglerar Sirt1. Sirt1 hämmar det välkända p53 proteinet, vilket har en nyckelroll i att bromsa cancer. P53:s aktivitet beror på förändringar i strukturer sammansatta av ett mikro-RNA och budbärar-RNA av Sirt1. Det är sannolikt att denna mekanism för reglering är vanlig i andra mikro-RNA. Ytterligare, detta mikro-RNA binder många olika budbärar-RNA och det är inte förstått hur ett mikro-RNA väljer korrekt budbärar-RNA. Eftersom exciterade tillstånd hos molekylära strukturer kan kontrollera processer av reglerande RNA-molekyler avslöjar detta sannolikt en helt ny nivå för justering av RNA-aktiviteter. Dessa aktiviteter är av vikt i praktiskt taget alla livsprocesser, från cellutveckling till bakterie- och virusinfektioner. Inom konventionell strukturbiologi försöker man förklara funktioner och utveckla läkemedel utifrån statiska ögonblicksbilder. Vår upptäckt att exciterade tillstånd är avgörande för funktionen av RNA betyder att strukturella rörelser måste beaktas vid läkemedelsutveckling, och att exciterade tillstånd bör användas som läkemedels mål.