Functional characterization of the chaperone network connected to the eucaryotic ribosome
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die ribosomale Proteinbiosynthese ist ein hochkonservierter Prozess in allen Domänen des Lebens. Das gilt nicht nur für die zentralen Komponenten, wie Ribosomen und Translationsfaktoren, sondern auch für das Netzwerk Ribosomen-assoziierter Proteinbiogenesefaktoren (RPBs), das für die Koordination der ersten Schritte der Proteinbiogenese verantwortlich ist. Beispielsweise, besitzen viele RPBs der Hefe Saccharomyces cerevisiae enge Homologe in Säugerzellen. Inspiziert man aber die Eigenschaften dieser RPBs näher, stellt man fest, dass signifikante Unterschiede im Bezug auf ihre Wirkungsweise bestehen. Im FOR 967 Projekt haben wir RPBs, die von Hefe bis Mensch konserviert sind, vergleichend untersucht. Erstens, haben wir die Funktion des dimeren Ribosomenassoziierten Komplexes RAC aus Hefe, mit dem Säuger-Homolog mRAC verglichen. Zweitens haben wir das Zusammenspiel von Signal Recognition Particle (SRP) mit Nascent Chain-Associated Complex (NAC), und das Zusammenspiel von SRP mit dem Argonaut-Protein Ago2 untersucht. Sowohl Hefe RAC als auch mRAC aus Säugerzellen binden an die große ribosomale Untereinheit und beeinflussen die Biogenese von neusynthetisierten Polypeptidketten. Allerdings gibt es mechanistisch wichtige Unterschiede zwischen RAC und mRAC. RAC agiert als Cochaperon für ein spezifisches Hsp70-Homolog (Ssb), das direkt mit dem Ribosom interagiert. mRAC ist das Cochaperon für Hsc70 und Hsp70, die im Cytosol lokalisiert sind, aber nicht direkt mit dem Ribosom interagieren. Die Aufgabe von mRAC ist es, Hsp70 zum Ribosom zu rekrutieren. Diese Funktion fehlt RAC, da Ssb direkt und unabhängig von RAC an Ribosomen bindet. Eine mRAC-Untereinheit (MPP11/ZRF1) wirkt zusätzlich unabhängig vom Ribosom im Zellkern. Dort kooperiert MPP11 mit der Histon H2A-Deubiquitinase USP21 bei der Regulation von Polycomb-reprimierten Genen. Diese Funktion von MPP11 für die transkriptionelle Regulation zeigt, dass die mRAC-Untereinheit in höheren Eukaryonten neue, wichtige Funktionen übernommen hat. Eine hydrophobe Signalanker-Sequenz (SA) nimmt im ribosomalen Tunnel eine α-helikale Konformation ein. Ribosomen, die eine solche α-Helix im Tunnel tragen, rekrutieren SRP an den Tunnelausgang, noch die bevor die SA-Sequenz von Außen zugänglich wird. Wir konnten zeigen, dass Ribosomen, die Proteine mit SA-Sequenzen translatieren, mit NAC und SRP nach einem koordinierten Schema interagieren, das schließlich zur Bildung von NAC•RNC•SRP Komplexen führt, die zur ER Membran gelangen. Im Säugersystem haben wir ein funktionelles Zusammenspiel zwischen SRP und Ago2 entdeckt, das zur zellulären Qualitätskontrolle beiträgt. SRP und Ago2 kompetitieren um die Bindung an Ribosomen, die sekretorische naszierende Polypeptidketten tragen. Während SRP mit höherer Affinität an Ribosomen bindet, wenn die naszierende Kette eine Wildtyp-Signalsequenz trägt, bindet Ago2 verstärkt, wenn Mutationen in der Signalsequenz, die Interaktion mit SRP beeinträchtigen. Die Bindung von Ago2 triggert dann den Abbau des entsprechenden mRNA Moleküls. Dadurch verhindert Ago2 nicht nur die Translation des defekten Proteins, sondern sorgt gleichzeitig für den Abbau der mutierten mRNA.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
-
(2007) Association of protein biogenesis factors at the yeast ribosomal tunnel exit is affected by the translational status and nascent polypeptide sequence. J Biol Chem 282: 7809-7816
Raue U, Oellerer S, Rospert S
-
(2007) Functional characterization of the atypical Hsp70 subunit of yeast ribosome-associated complex. J Biol Chem 282: 33977-33984
Conz C, Otto H, Peisker K, Gautschi M, Wölfle T, Mayer MP, Rospert S
-
(2008) Ribosome-associated complex binds to ribosomes in close proximity of Rpl31 at the exit of the polypeptide tunnel in yeast. Mol Biol Cell 19: 5279-5288
Peisker K, Braun D, Wölfle T, Hentschel J, Fünfschilling U, Fischer G, Sickmann A, Rospert S
-
(2009) A signal-anchor sequence stimulates signal recognition particle binding to ribosomes from inside the exit tunnel. Proc Natl Acad Sci USA 106: 1398-1403
Berndt U, Oellerer S, Zhang Y, Johnson AE, Rospert S
-
(2009) The Hsp70 homolog Ssb is essential for glucose sensing via the SNF1 kinase network. Genes Dev 23: 2102-2115
von Plehwe U, Berndt U, Conz C, Chiabudini M, Fitzke E, Sickmann A, Petersen A, Pfeifer D, Rospert S
-
(2010) BIP modulates the affinity of its co-chaperone ERJ1 to ribosomes. J Biol Chem 285: 36427-35433
Benedix J, Lajoie P, Jaiswal H, Burgard C, Greiner M, Zimmermann R, Rospert S, Snapp EL, Dudek J
-
(2010) The ribosome-bound Hsp70 homolog Ssb of Saccharomyces cerevisiae. Biochim Biophys Acta 1803: 662-672
Peisker K, Chiabudini M, Rospert S
-
(2010) Transcriptional activation of Polycomb-repressed genes by ZRF1. Nature 468: 1124-1128
Richly H, Rocha-Viegas L, Ribeiro JD, Demajo S, Gundem G, Lopez-Bigas N, Nakagawa T, Rospert S, Ito T, Di Croce L
-
(2011) The chaperone network connected to human ribosome-associated complex (mRAC). Mol Cell Biol 31: 1160-1173
Jaiswal H, Conz C, Otto H, Wölfle T, Fitzke E, Mayer MP, Rospert S
-
(2012) NAC functions as a modulator of SRP during the early steps of protein targeting to the ER. Mol Biol Cell 23: 3027-3040
Zhang Y, Berndt U, Gölz H, Tais A, Oellerer S, Wölfle T, Fitzke E, Rospert S
-
(2013) Interaction of Nascent Chains with the Ribosomal Tunnel Proteins Rpl4, Rpl17, and Rpl39 of Saccharomyces cerevisiae. J Biol Chem 288: 33697-33707
Zhang Y, Wölfle T, Rospert S
-
(2014) Inefficient SRP Interaction with a Nascent Chain Triggers a mRNA Quality Control Pathway. Cell 156: 146-157
Karamyshev AL, Patrick AE, Karamysheva ZN, Griesemer DS, Hudson H, Tjon-Kon-Sang S, Nilsson I, Otto H, Liu Q, Rospert S, Heijne G, Johnson AE, Thomas PJ
