Prozesse der Translationsregulation: Interaktion zwischen dem 5'-Initiationskomplex der Translation und 3'-Poly(A)-Bindungsproteinen während der meiotischen Endreifung und der frühen Embryonalentwicklung beim Rind
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Regulation der Genexpression auf Translationsebene ist während der Eizellreifung und frühen Embryonalentwicklung essentiell, da während dieser Entwicklungsstufen die Trankription temporär inhibiert ist. Dem "closed loop" Modell der Initiation der Translation folgend, haben wir 5'-mRNA assoziierte Proteine (Komponenten des mRNA-cap-Bindungskomplexes elF4F; elF4E, sein Repressor 4E-BP1; elF4G and elF4A) und 3'assoziierte Proteine (Komponenten des Poly-(A)- Bindungskomplexes, PABP; PAIP1,2; CPEB und Maskin) während der meiotischen Endreifung (IVM) und der frühen Embryonalentwicklung, dis zum 16-zell Stadium analysiert. Darüber hinaus haben wir verschiedene Proteinkinasen untersucht, welche an der Phosphorylierung der Faktoren beteiligt sind. Die stärkste Phosphorylierung spezieller Zielsequenzen von PKA, PKB, PKC, CDKs, ATM/ATR und MAPK wurde im M II Stadium gefunden. Ferner wurde festgestellt, dass Änderungen der Phosphorylierung oder Expression einzelner Faktoren hauptsächlich beim Übergang vom M ll zum 2-zell Stadium auftreten. Betrachtet man die 5'bindenden Faktoren wir klar dass Phosphorylierung von elF4E und 4E-BP1 während der in vitro Reifung graduell zunimmt, während die Phosphorylierung von elF4G eine entgegengesetzte Tendenz aufweist. Das Auftreten von 4E-BP1 ist in 2- zell Embryonen reduziert. Die auffälligste Änderung bei den 3'bindenden Faktoren betrifft PAIP2, welches nur in Eizellen und nicht Frühen Embryonen auftritt. Ein ähnliches Expressionsmuster zeigt CPEB1, obgleich dessen Expression bereits in der M II Phase reduziert ist und das Protein vom 4 bis 16-zell Stadium in Spuren auftritt. Schließlich konnte die Expression eines "Maskin like" Proteins während der IVM und frühen Embryonalentwicklung nachgewiesen werden. Obwohl diese Protein ein wesentlich geringeres Molekulargewicht als sein Gegenstück aus Xenopus aufweist, so besitze es doch wie dieses elF4E Bindungseigenschaften. Ein spezifischer Banden-shift deutet darauf hin, dass das "Maskin like" Protein in der M II sowie im 8- und 16-zell Stadium phosphoryliert vorliegt. Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse, dass der Übergang von der Eizell- zur Embryonalentwicklung von ausgeprägten Unterschieden im Auftreten und/oder der Phosphorylierung 5'-und 3'- mRNA assoziierter-Proteine begleitet ist. Somit wird die Initiation der Translation in diesem Zeitraum reguliert durch das elF4E-Bindungsprotein 4E-BP1, den PABPRepressor PAIP2 und ein "Maskin like" Protein mit elF4E-Bindungseigenschaften.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Zdenka Ellederova, Hana Kovarova, Fabiana Melo-Sterza, Mark Livingstone, Wolfgang Tomek, Michal Kubelka (2006): Suppression of translation during in vitro maturation of pig oocytes despite enhanced formation of cap-binding protein complex elF4F and 4E-BP1 hyperphosphorylation. Mol. Reprod. Dev. 73:68-76
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Z.. Ellederova, 0.. Cais, A. Susor, K. Uhlirova, H. Kovarova L. Jelnikova, W. Tomek, M. Kubelka (2008) ERKI/2 MAP Kinase Metabolic Pathway is Responsible For Phosphorylation of Translation Initiation Factor elF4E During In Vitro Maturation of Pig Ooocytes. Mol Reprod Dev 75(2):309-17.
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Monika Bhojwani, Eberhard Rudolph, Wilhelm Kanitz, Hartmut Zuehlke, Falk Schneider and Wolfgang Tomek (2006): Moiecuiar Analysis of Maturation Processes by Protein and Phosphoprotein Profiling During In Vitro Maturation of Bovine Oocytes. A Proteomic Approach Cloning Stem Cells 6(4): 259-274
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Smiljakovic, Tatjana; Melo Sterza, Fabiana; Kubelka, M.; Vohnikova, Zdenka; Tomek, W. (2003): Aspects of cytoplasmic maturation of bovine oocytes: interplay between MAPK, mRNA-CAP binding complex and cytoplasmic mRNA metabolism in regulation of translation. Biotechnology in Animal Husbandry A9 (3-4): 1-8 ISSN 1450-9156
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Susor L Jelinkova, P Karabinova, H Tomer, W. Tomek, H Kovarova M Kubelka (2008); Regulation of Cap-dependent Translation Initiation in the Early Stage Porcine Parthenotes. /Wo/Reprod Dev 75(12):1716-25.
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T. Smiljakovic, W. Tomek (2006): Meiotic maturation and in vitro maturation of bovine oocytes. Biotechnology in animal husbandry. 22(1-2):29-34
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Tomek, W.; Melo Sterza, Fabiana; Kubelka, M.; Wollenhaupt, K.; Tomer, H.; Anger, M; Kanitz, W. (2002): Regulation of translation during in vitro maturation of bovine oocytes: The role of MAP kinase, elF4E (cap binding protein) phosphorylation and elF4E-BP1. Biol Reprod 66(5): 1274-1282
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Tomek, W.; Tomer, H.; Kanitz, W. (2002): Comparative Analysis of protein synthesis, transcription and cytoplasmic polyadenylation of mRNA during maturation of bovine oocytes in vitro. Reprod. Dom. Anim 37: 1 -6
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Wolfgang Tomek, Tatjana Smiljakovic (2005): Aktivation of Akt (protein kinase B) stimulates metaphase I to metaphase II transition in bovine oocytes. Reproduction 130:423-430
