Archease: ein neuer Faktor für das Spleissen von tRNA in menschlichen Zellen

Einige tRNA Vorläufertranskripte durchlaufen während ihrer Reifung die Entfernung eines Introns durch tRNA Spleißen. Die dafür im Menschen benötigte tRNA Ligase blieb aber lange Zeit unentdeckt. Wir haben vor kurzem HSPC117 als katalytische Untereinheit eines humanen tRNA Ligasekomplexes identifiziert (Popow et al., 2011). HSPC117 ist hochkonserviert in Menschen, Arthropoden, Nematoden und interessanterweise Encephalitozoon cuniculi, einem zur Familie der Kryptosporidien zugeordneten Parasiten. Nur acht Proteingruppen haben diese besondere Speziesverteilung und eine davon ist Archease, eine uncharakterisierte, konservierte Proteinfamilie. In einer Reihe von hier vorgestellten Experimenten entdeckten wir, dass in Abwesenheit von Archease die Ligation der tRNA Exonhälften in humanen Zellextrakten gehemmt ist. Gereinigte Archease selbst hat keine Ligaseaktivität, sondern wirkt biochemisch als Produktfreisetzungsfaktor bei Ligationsreaktionen. Gerichtete Mutation jeweils einer von zwei hochkonservierten Aminosäuren in Archease inaktiviert das Protein. Die Entdeckung von Archease als ein bei der Ligation der tRNA Exonhälften benötigter Faktor bringt neue Konzepte in das Gebiet des tRNA Spleißens ein. Im vorliegenden Antrag möchten wir Fragen bearbeiten, die zu einem genauen Bild führen sollen, wie Archease mit dem humanen tRNA Ligasekomplex kooperiert und dadurch das Spleißen von tRNAs reguliert. Welche Protein-Protein und Protein-RNA Wechselwirkungen sind für diesen Prozess wichtig? Welche Auswirkung hat eine Depletion von Archease auf den Stoffwechsel von RNA Molekülen im lebenden Organismus? Ein weiterer Schwerpunkt unserer geplanten Studien soll das nichtkonventionelle Spleißen von RNA sein, das möglicherweise durch tRNA Ligase und Archease bewerkstelligt wird. Letztlich wollen wir tRNA Ligase und Archease in Bakterien und Archaebakterien untersuchen. Besonders aufschlussreich wird das bei denjenigen Bakterien sein, bei denen zwar beide Proteine vorhanden sind, aber nicht für das Spleißen von tRNA benötigt werden.

Die genetische Information, die in der DNA gespeichert ist, wird in die Boten-RNA (mRNA) umgeschrieben und dann durch Ribosomen mit der essenziellen Hilfe von Transfer-RNA (tRNA) in Proteine ??übersetzt. Die Funktion einer tRNA ist, die mRNA zu lesen und Ribosomen zu helfen, Proteine durch das stückweise Hinzufügen von Aminosäuren zu generieren. Das FWF-Projekt handelt von einem bestimmten Aspekt im Leben eines tRNA-Moleküls: seinem Prozessieren von einer nicht-funktionellen Vorstufe zu einem funktionellen Molekül. Nach der Generierung von tRNAs werden diese chemisch modifiziert; einige Sequenzen werden durch Endonukleasen entfernt, und die übrigen werden durch Ligasen verbunden. Proteine, welche tRNAs schneiden, sind bekannt, jedoch Ligasen waren für lange Zeit nicht identifizierbar. Im Jahr 2011 entdeckten wir die humane tRNA-Ligase. Vor kurzem identifizierten wir Archease als einen Co-Faktor für die Ligase, um deren Aktivität zu erhöhen. Dieses Projekt hatte zum Ziel, verschiedene Aspekte von Archease zu analysieren. Nach drei Jahren Arbeit konnten wir den molekularen Mechanismus aufdecken, den Archease verwendet, um die tRNA-Ligase zu aktivieren. Wir haben auch nachgewiesen, dass tRNA-Ligase und Archease zusammen für sekretorische Zellen notwendig sind, um große Proteinmengen ohne Beeinträchtigung zu produzieren. Um mehr über die in vivo Funktionen von Archease zu lernen, sind wir von Zell- hin zur Mausanalyse übergegangen. Wir haben daher eine Maus generiert, welcher das Gen für Archease fehlt und welche gegenwärtig analysiert wird. Die Entdeckung von Archease brachte eine wesentliche Komponente bei der Verarbeitung von RNA-Molekülen hervor und auch zur gleichen Zeit ein potenzielles Target für die Bekämpfung von Krankheiten, die auf die Fähigkeit von Zellen beruhen, die kontinuierliche Produktion von großen Mengen an Proteinen zu bewerkstelligen.