Regulation des Elongator- und des DPH Komplexes durch das Kti11/Kti13 Heterodimer

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Karin D. Breunig; Dr. Christoph W. Müller
• Fachliche Zuordnung: Strukturbiologie ; Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Biochemie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 271850843

Die ribosomale Proteinsynthese wird wesentlich durch post-transkriptionale und post-translationale Modifikationen von RNA und Proteinen beeinflusst. Bemerkenswerterweise ist der heterodimere Kti11/Kti13 Proteinkomplex an zwei sehr verschiedenen Modifikations-reaktionen beteiligt, der Uridin-Modifikation im Anticodon von tRNAs und der Diphthamid-Modifikation des eukaryotischen Elongationsfaktors EF-2, die vom Elongator- bzw. DPH-Komplex katalysiert werden. Diese Modifikationen beeinflussen die Bindung bzw. die Translokation von tRNAs am Ribosom und können entsprechend die Translationseffizienz und -genauigkeit einer Vielzahl von Genen gleichzeitig verändern. Die Struktur von Elongator und DPH-Komplex sowie die des Kti11/Kti13 Heterodimers ist in Eukaryoten konserviert aber die molekularen Funktionen dieser Komplexe sowie ihr Zusammenwirken ist noch wenig verstanden. Elongator, ein großer, hochkonservierter makromolekulare Komplex aus 6 verschiedenen Untereinheiten, war ursprünglich in Hefe als RNA-Polymerase II assoziierter Transkriptionselongationfaktor identifiziert worden - daher der Name. Das Fehlen eines funktionsfähigen Elongators führt zu diversen Phänotypen, was darauf hindeutet, dass er an einer Vielzahl von zellulären Funktionen beteiligt ist. So wurde beim Menschen Anfälligkeit für neurologische Krankheiten (z.B. familiale Dysautonomie) und Carcinogenese beschreiben. Auf molekularer Ebene konnte der Proteinkomplex mit der Uridin-Modifikation von tRNAs in Verbindung gebracht werden. Es kann nicht ausgeschlossen werden, dass er zusätzliche zelluläre und molekulare Funktionen hat und die Frage seiner spezifischen Funktion wird noch sehr kontrovers diskutiert. Es häufen sich jedoch die Hinweise auf eine katalytische Funktion bei der Biosynthese der Carbamoyl- und Methoxycarbonyl-Seitengruppen des Uridins. Diese Funktion hängt von der, möglichweise transienten Interaktion mit dem Kti11/Kti13 Heterodimer ab. Der DPH-Komplex katalysiert zusammen mit Dph4 den ersten Schritt der Diphthamid-Biosynthese (die Modifikation eines Histidin-Restes) und besteht aus Dph1, Dph2 und Dph3 alias Kti11. DPH1 alias OVCA1 wird als Tumorsuppressor bei Ovarialcarzinomen beschrieben. Homozygote Maus-Mutanten sterben während der Embryogenese während Hefe auch ohne Diphthamid überleben. Wir schlagen vor, das funktionale Zusammenspiel von Kti11/Kti13 mit dem Elongator bzw. dem DPH-Komplex zu charakterisieren. Die geplanten funktionellen Analyse in vivo und in vitro basieren auf Hypothesen aus neuen strukturbiologischen Untersuchungen und sollen ein umfassendes mechanistisches Verständnis der drei Proteinkomplexe und Einblick in deren biologische Rolle liefern. Die wissenschaftlichen Fragestellungen, die im vorgeschlagenen Arbeitsplan adressiert werden, sollen nicht nur zum Verständnis dieser wichtigen Translationsnetzwerke beitragen sondern könnten auch neue therapeutische Ansätze für bedeutende menschliche Krankheiten liefern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen