Yar1, ein spezifisches Chaperon für das ribosomale Protein S3

Ribosomen sind Komplexe aus ribosomaler RNA (rRNA) und ribosomalen Proteinen, die für die zelluläre Proteinsynthese zuständig sind. Die komplexe Struktur von Ribosomen wird durch ribosomale Proteine aufrechterhalten, die über ionische Wechselwirkungen mit der negativ geladenen RNA interagieren. Um optimale Wachstumsraten zu garantieren, müssen in Hefezellen etwa 2000 Ribosomen pro Minute synthetisiert werden, was eine schnelle Produktion von ribosomalen Proteinen, aber auch einen effizienten Transport in den Zellkern und die korrekte Assemblierung mit der rRNA erfordert. Ribosomale Proteine sind aufgrund ihres hohen Anteils an positiven Ladungen jedoch besonders aggregationsanfällig. Aus diesem Grund müssen Mechanismen existieren, die ribosomale Proteine bis zu ihrem Einbau in die ribosomalen Untereinheiten in Lösung halten. In Vorversuchen konnten wir einen stabilen Komplex aus dem ribosomalen Protein S3 (Rps3) und dem "Ankyrin-Repeat"-Protein Yar1 isolieren. Diese Interaktion mit Yar1 ist wichtig für die Löslichkeit von Rps3. Hefestämme, in denen Yar1 deletiert ist, weisen ausgeprägte Wachstumsdefekte auf, was vermutlich auf Verzögerungen in der Ribosomenbiogenese zurückzuführen ist. Diese Daten weisen darauf hin, dass Yar1 ein spezifischer Stabilisator von löslichem Rps3 ist, und damit für einen effizienten Einbau von Rps3 in ribosomale Untereinheiten benötigt wird. Ziel dieses Projektes ist es, auf mechanistischer und funktioneller Ebene zu untersuchen, wie neu translatiertes Rps3 in Lösung gehalten und auf präribosomale Partikel übertragen wird, sodass am Ende funktionelle Ribosomen entstehen. Um diese Fragen zu beantworten, werden wir eine Kombination aus strukturbiologischen, biochemischen, zellbiologischen und genetischen Verfahren anwenden. Höchstwahrscheinlich haben neben Rps3 auch viele andere ribosomale Proteine nicht-ribosomale Bindepartner, die als Chaperone oder Assemblierungsfaktoren agieren. Aus diesem Grund werden die mechanistischen und funktionellen Erkenntnisse aus der Untersuchung der Interaktion zwischen Yar1 und Rps3 auch zu einem besseren generellen Verständnis der Mechanismen beitragen, wie ribosomale Proteine während ihres Weges von der Translation bis zu ihrer Assemblierung mit der rRNA stabil gehalten werden, um einen effizienten Einbau ins Ribosom zu ermöglichen.

Ribosomen sind hochkomplexe Nanomaschinen der Zelle, die für die Produktion aller Proteine verantwortlich sind. Ribosomen bestehen aus einer großen und einer kleinen Untereinheit, die beide aus zwei verschiedenen Typen von Bestandteilen, der ribosomalen RNA (rRNA) und den ribosomalen Proteinen (r-Proteine) zusammengesetzt sind. Während rRNA negativ geladen ist, haben r-Proteine vorwiegend positive Ladungen, was eine starke Bindung der Proteine an die rRNA ermöglicht.In unserer Forschung untersuchen wir den Prozess, in dem neue Ribosomen hergestellt werden, die Ribosomenbiogenese. Dabei handelt es sich um einen besonders wichtigen Prozess, immerhin muss für jede Zellteilung der gesamte Satz an Ribosomen einer Zelle (das sind mindestens 100.000) verdoppelt werden. Dabei werden die Bestandteile der Ribosomen in zwei unterschiedlichen Kompartimenten der Zelle hergestellt. Während die rRNA im Zellkern synthetisiert wird, werden r-Proteine im Zytoplasma produziert und erst anschließend in den Zellkern transportiert, wo sie dann an die rRNA binden können. Allerdings haben r-Proteine durch ihre positiven Ladungen ungünstige Eigenschaften, die dazu führen, daß sie oft instabil sind. Aus diesem Grund ist es notwendig, dass die Zelle dafür sorgt, dass r-Proteine sicher in den Zellkern gelangen.In diesem Projekt haben wir herausgefunden, wie das r-Protein Rps3 geschützt wird, und wie es in den Zellkern transportiert wird. Im Zytoplasma wird Rps3 von seinem eigenen "Bodyguard", dem Protein Yar1 gebunden. Yar1 bindet dabei ein Ende des Proteins und schirmt in diesem Teil die positiven Ladungen von Rps3 ab. Das andere Ende von Rps3 bindet an ein zweites Rps3-Protein, wodurch ein Rps3-"Dimer" entsteht. Dieses zweite Rps3 wird dann von einem sogenannten Importfaktor gebunden, der den Rps3/Yar1-Komplex in den Zellkern transportiert. Dort kann Rps3 von Yar1 zur rRNA übertragen werden.Bisher war relativ wenig über Schritte der Ribosomenbiogenese vor dem Zeitpunkt der Bindung von r-Proteinen an die rRNA bekannt. Durch die Aufklärung des Wegs von Rps3 von dessen Herstellung im Zytoplasma bis zur Bindung der rRNA im Zellkern haben wir den Weg für ein neues Teilgebiet der Ribosomenbiogeneseforschung geebnet - die Untersuchung von spezifischen Schutzfaktoren (sogenannten Chaperonen) für r-Proteine.