Structural and biochemical analysis of the exosome complex

• Applicant: Professor Dr. Michael Sattler
• Subject Area: Biophysics
• Term: from 2004 to 2010
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5432934

• Final Report Year: 2009

Final Report Abstract

Der Exosom Proteinkomplex spielt eine zentrale Rolle für die Prozessierung von strukturellen und informationstragenden RNA Transkripten in eukaryontischen Organismen. Dabei trägt das Exosom bei zur Reifung des 3' Endes von strukturellen RNAs (ribosomale, kleine nukleare und kleine nukleolare RNAs), und zum Abbau von Boten RNA Im Zellkern oder Zytoplasma. Ziel dieses Projektes war es neue Erkenntnisse für die molekularen Funktionen dieser evolutionär konservierten zellulären Machine zu gewinnen durch Kombination von Strukturbiologie (NMR Spektroskopie und Kristallstrukturanalyse) und biochemische Untersuchungen. Im Verlauf des Projektes wurden die Raumstrukturen von Exosomkomponenten aus Hefe sowie von Exosomen aus Archäen Im Komplex mit RNA aufgeklärt. Strukturen der Hefe Exosomproteine Rrp40 und Rrp44 liefern, respektive, molekulare Details für die S1-KH Domänen und die Nuklease Aktivität diese eukaryontischen Exosoms. Das vorliegende Projekt hat massgeblich dazu beigetragen, die Erkennung und Katalyse von RNA Substraten durch das Exosom anhand von strukturellen Untersuchungen des Archäa Exosoms im Komplex mit RNA sowie komplementären biochemischen Experimenten aufzuklären. Die Strukturen und biochemischen Analysen haben damit wichtige neue Erkenntnisse zum Verständnis der molekularen Grundlagen des Exosoms geliefert. Allerdings bleiben die Regulation der Aktivität des Exosoms und der verschiedenen Funktionen im Zellkern und Zytoplasma durch andere Proteine noch wenig verstanden. Weitere Strukturuntersuchungen dieser Komplexe in zukünftigen Studien sollten helfen, die molekularen Mechanismen der Regulation der Exosom Aktivität zu entschlüsseln.

Publications

• Extending the size of proteln-RNA complexes studied by nuclear magnetic resonance spectroscopy." (2005) Chembiochem 6, 1578-84.
  Mackereth CD., Simon B., and Sattler M.
  
• Structural basis of 3'-end RNA recognition and exoribonucleolytic cleavage by an exosome RNase PH core. (2005) Mol Cell 20. 473-481.
  Lorentzen, E and Conti, E.
  
• The archaeal exosome core is a hexameric ring with three catalytic subunits. (2005) NaL Struct Mol. Biol., 12, 575-581.
  Lorentzen, E., Walter, P., Fribourg, S., Evguenleva-Hackenberg, E., Klug, G., Conti, E.
  
• X-ray crystallographic and NMR studies of the third KH domain of hnRNP K in complex with single-stranded nucleic acids. (2005) Stnjcture (Camb) 13, 1055-67.
  Backe P.M., Messlas A.C., Ravelll R.B., Sattler M., and Cusack S.
  
• Chemical Shift Backbone Assignments of TAP-N, the 31 kDa Cargo-binding Region ofthe Protein TAP. (2006) J. Biomol. NMR. [PubMed]
  PImlenta G., Gabel F., Zanler K., Conti E., and Sattler M.
  
• The exosome and the proteasome: nano-compartments for degradation. (2006) Cell 125, 651-654. (review)
  Lorentzen E. and Conti E.
  
• RNA channelling by the archaeal exosome. (2007) EMBO Rep. 8, 470-476.
  Lorentzen, E., Dziembowski, A. Lindner, D., Seraphin, B. and Conti, E.
  
• Structural and biochemical characterization of the yeast exosome component Rrp40. (2007) EMBO Rep 8, 63-9. [PubMed]
  Oddone A., Lorentzen E., Basquin J., Gasch A., RybIn V., Conti* E., and Sattler* M.
  
• U2AF Homology Motif interactions are required for alternative splicing regulation by SPF45. (2007) Nat Stmct Mol Biol 14, 620-9. [PubMed]
  Corsini L., Bonnal S., Basquin J., Hothorn M., Scheffzek K., Valcarcel J., and Sattler M.
  
• A NMR strategy to unambiguously distinguish nucleic acid hairpin and duplex conformations applied to a Xist RNA A-repeat (2008) Nucleic Adds Research 36, 7068-77 [PubMed][open access]
  Duszczyk MM, Zanler K, Sattler M
  
• Backbone assignment of the UHM domain of Puf60 free and bound to five ligands. (2008) Biomol NMR Assign IDOI 10.1007/s12104-008-9123-71
  Corsini L and Sattler M
  
• Structure of the active subnit of the yeast exosome core, Rrp44: diverse modes of substrate recruitment in the RNase II nuclease family (2008) Mol Cell 29, 717-728
  Lorentzen E., Basquin, J., TomeckI, R., Dziembowski A. and Conti, E.
  
• Thioredoxin as a fusion-tag for carrier-driven crystallization. (2008) Protein Scl, 17:2070-9. [PubMed]
  Corsini L, Hothom M, Scheffzek K, Settler* M and StIer* G
  
• Dimerization and protein binding specificity of the U2AF homology motif (UHM) of the splicing factor Puf60. (2009) J Biol Chem, 284:630-9 [PubMed]
  Corsini L, Hothom M, Stier G, Rybin V, Scheffzek K, Gibson TJ, Sattler M.