Kernimport und Substratbindung durch dsRBDs

Adenosine deaminases that act on RNA (ADARs) convert adenosines to inosines in double-stranded and structured RNAs. The consequences of RNA editing are numerous going from changes of codons, splice patterns, altered stability or localization of RNA molecules. Substrate recognition and editing can be specific in some substrates and rather non-specific in others. RNA-binding and recognition is mediated via multiple double-stranded RNA-binding domains (dsRBDs) that recognize the structure, rather than the sequence of the substrate RNA. Mammalian ADAR1 is a nucleo-cytoplasmic shuttling protein that harbors three dsRBDs. Specific editing of coding RNAs occurs in the nucleus. For other substrates such as pri- and pre-miRNAs it is less clear whether editing occurs exclusively in the nucleus or whether the enzyme might also act in the cytoplasm, possibly accompanying its substrates from their site of transcription to the cytoplasm. Nucleo-cytoplasmic transport of ADAR1 is mediated via its double-stranded RNA-binding domains. The third dsRBD of ADAR1 acts as a nuclear localization signal. RNA-binding interferes with nuclear import and might even stimulate nuclear export. dsRBD#3 is specifically recognized by the nuclear import receptor transportin-1. Here we propose to determine the atomic structure of dsRBD#3 in ADAR1 and to identify regions and features that are required for NLS activity using NMR spectroscopy. We also aim at determining the molecular basis of RNA recognition by dsRBD#3 and by the other dsRBDs of ADAR1 in order to understand how ADAR1 discriminates its substrates and also how RNA binding by dsRBD#3 prevents protein import. Finally, our study will help identifying nuclear localization signals in other dsRBDs, a motif recurrently found in proteins triggering the many facettes of double-stranded RNA response.

Das RNA-modifizierende Enzym ADAR1 ist ein wichtiger Faktor bei der Bekämpfung viraler RNAs aber auch von mobilen genetischen Elementen. ADAR1 ist sowohl im Zellkern als auch im Zytoplasma aktiv. Ist keine RNA an das Protein gebunden, so bewegt sich dieses stets durch die Kernporen kleine Transportkanäle in der Kernmembran- zwischen dem Zytoplasma und Zellkern hin und her. Während viraler Infektion bzw. wenn ADAR1 an RNA gebunden hat, akkumuliert das Protein jedoch im Zytoplasma und kann nicht mehr in den Kern importiert werden.Mithilfe von zell- und strukturbiologischer Untersuchungen konnte in einer Kollaboration mit der ETH Zürich gezeigt werden, wie der Kerntransport durch RNA kontrolliert wird: Für den Kerntransport bindet ein Transportprotein an eine Region welche eine der drei RNA-Bindungsregionen in ADAR1 flankiert. Die RNA-Bindungsregion wird dabei benötigt, um die Kernimportelemente richtig zu positionieren. Hat jedoch RNA an das Protein gebunden, so wird die Interaktion mit den Transportproteinen verhindert, was zur Akkumulation von ADAR1 im Zytoplasma führt. So kann verhindert werden, dass virale RNAs-an ADAR1 gebunden, versehentlich in den Zellkern transportiert werden. Hat ADAR1 RNA gebunden, so modifiziert es einzelne Nukleotide. Durch die Modifikation werden Adenosine in Inosine umgewandelt. Da Inosine in der Zelle jedoch als Guanosine interpretiert werden, führt die durch ADAR1 hervorgerufene Modifikation der RNA zu einer Veränderung der gespeicherten genetischen Information oder gar zu deren Zerstörung was so die Vermehrung viraler RNA verhindert.