Projektbeschreibung
Mit den Argonauten auf Abenteuerreise zur Genomeditierung
Die Familie der Argonautenproteine kommt überall vor und ist stark konserviert. Auf verschiedene Arten und mit weitreichenden Folgen können sie die Genexpression ausschalten. Einige prokaryotische Argonautenproteine beteiligen sich beispielsweise an der Verteidigung des Wirts bei RNS-Interferenz. Eukaryotische Proteine steuern oder modulieren eine große Bandbreite von Prozessen durch RNS-Interferenz. Seit Neuestem kennt wird auch über ihre Rolle beim alternativen Spleißen und der DNS-Doppelstrangbruch-Reparatur berichtet. Wenn diese Supermoleküle für zielgerichtete Genom-Editierung eingesetzt werden könnten, hätte das mit Sicherheit Folgen für viele Bereiche, von der Landwirtschaft bis hin zur Medizin und mehr. Das EU-finanzierte Projekt ARGO will Struktur und Funktion der neuen natürlichen Varianten charakterisieren, um dann synthetische herstellen zu können. Die Reise zu zukünftigen Anwendungsmöglichkeiten beginnt mit ARGO.
Ziel
Argonaute nucleases are key players of the eukaryotic RNA interference (RNAi) system. Using small RNA guides, these Argonaute (Ago) proteins specifically target complementary RNA molecules, resulting in regulation of a wide range of crucial processes, including chromosome organization, gene expression and anti-virus defence. Since 2010, my research team has studied closely-related prokaryotic Argonaute (pAgo) variants. This has revealed spectacular mechanistic variations: several thermophilic pAgos catalyse DNA-guided cleavage of double stranded DNA, but only at elevated temperatures. Interestingly, a recently discovered mesophilic Argonaute (CbAgo) can generate double strand DNA breaks at moderate temperatures, providing an excellent basis for this ARGO project. In addition, genome analysis has revealed many distantly-related Argonaute variants, often with unique domain architectures. Hence, the currently known Argonaute homologs are just the tip of the iceberg, and the stage is set for making a big leap in the exploration of the Argonaute family. Initially we will dissect the molecular basis of functional and mechanistic features of uncharacterized natural Argonaute variants, both in eukaryotes (the presence of an Ago-like subunit in the Mediator complex, strongly suggests a regulatory role of an elusive non-coding RNA ligand) and in prokaryotes (selected Ago variants possess distinct domains indicating novel functionalities). After their thorough biochemical characterization, I aim at engineering the functionality of the aforementioned CbAgo through an integrated rational & random approach, i.e. by tinkering of domains, and by an unprecedented in vitro laboratory evolution approach. Eventually, natural & synthetic Argonautes will be selected for their exploitation, and used for developing original genome editing applications (from silencing to base editing). Embarking on this ambitious ARGO expedition will lead us to many exciting discoveries.
Wissenschaftliches Gebiet
Programm/Programme
Thema/Themen
Finanzierungsplan
ERC-ADG - Advanced GrantGastgebende Einrichtung
6708 PB Wageningen
Niederlande