In der synthetischen Biologie und im metabolic engineering besteht ein großer Bedarf an orthogonaler oder extern kontrollierter Regulierung der Genexpression. RNA-basierte regulatorische Elemente wie Riboswitches sind eine vielversprechende Erweiterung des molekularbiologischen Werkzeugkastens.
Riboswitch-Design zur Regulation der Genexpression
Riboswitches sind normalerweise in der 5′-untranslatierten Region der mRNA eingebettet. Sie ermöglichen eine schnelle und direkte Kontrolle der Genexpression, da keine Synthese von regulatorischen Proteinen erforderlich ist. Riboswitches sind modular aufgebaut und bestehen aus einer Aptamer-Domäne als Sensor- und einer Expressionsplattform als Reaktionselement. Das Aptamer interagiert spezifisch mit einem Liganden und moduliert die Sekundärstruktur des benachbarten Response-Elements, das die Expression der stromabwärts gelegenen Gene steuert, in den meisten Fällen auf der Ebene der Transkription oder Translation. Die beiden Domänen ermöglichen eine Kombination verschiedener Module in einem Plug-and-Play-Modus für synthetische Riboswitches, die analog zu natürlichen Beispielen entworfen wurden.
In silico vorhergesagte künstliche Riboswitches kontrollieren die Genexpression in vivo
Synthetische Riboswitches basieren häufig auf in vitro ausgewählten Aptameren in Kombination mit natürlichen Expressionsplattformen. Ein Schwerpunkt unseres Labors und unserer Kooperationspartner ist das Verständnis und die Nutzung von in silico vorhergesagten Expressionsplattformen. Wir haben die ersten synthetischen Riboswitches konstruiert, die die Transkription eines Zielgens ligandenabhängig regulieren. Darüber hinaus nutzen wir unsere Design-Pipeline, um Riboschalter zu konstruieren, die die Prozessierung von tRNA-Vorläufern steuern - eine vielversprechende Strategie, die eine neue Ebene der Kontrolle bei der tRNA-Reifung schafft und als Regulierungsinstrument bei der tRNA-abhängigen Erweiterung des genetischen Codes eingesetzt werden könnte.