Wegbereiter zur rRNA - Assemblierungsfaktoren für ribosomale Proteine

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. Die Synthese von ribosomalen Proteinen erfolgt im Cytoplama, der Einbau der meisten ribosomalen Proteine in ribosomale Untereinheiten jedoch im Zellkern. Diese räumliche Trennung, sowie die hohe Syntheseraten von Ribosomen machen Mechanismen erforderlich, um ribosomale Proteine effizient an ihren Assemblierungsort zu bringen. In Vorversuchen konnten wir zeigen, daß das ribosomale Protein Rps3 vor seinem Einbau in Ribosomen in einem stabilen Komplex mit dem nicht-ribosomalen Protein Yar1 vorliegt. Die Interaktion mit Yar1 ist für die Löslichkeit von Rps3 und damit für den effizienten Einbau in Ribosomen wichtig. In Affinitätsaufreinigungen konnten auch nicht-ribosomale Interaktionspartner von anderen ribosomalen Proteinen identifiziert werden. Diese Daten legen die Vermutung nahe, daß spezifische Assemblierungsfaktoren am Einbau von ribosomalen Proteinen in ribosomale Untereinheiten beteiligt sind. Funktionen von solchen Faktoren könnten den Schutz ribosomaler Proteine vor Aggregation, den Import von ribosomalen Proteinen in den Zellkern und den Einbau der ribosomalen Proteine in ribosomale Untereinheiten umfassen. Ziel dieses Projektes ist es, gemeinsame Prinzipien und Mechanismen für die Assemblierung von ribosomalen Proteinen in ribosomale Untereinheiten zu finden. Um das zu erreichen, sollen neue Assemblierungsfaktoren für ribosomale Proteine der kleinen ribosomalen Untereinheit identifiziert werden. Diese Faktoren werden anschließend näher charakterisiert werden, um ihre genaue Funktion im Einbau von ribosomalen Proteinen zu verstehen. Um diese Fragen zu beantworten, wird eine Kombination aus biochemischen, zellbiologischen und genetischen Verfahren angewandt werden. Bisher ist nur wenig über die Interaktionen von ribosomalen Proteinen vor ihrer Assemblierung mit der ribosomalen RNA bekannt. Aus diesem Grund werden die Daten aus diesem Projekt einen wichtigen Beitrag zum generellen Verständnis der frühen Schritte in der Ribosomenbiogenese leisten. Der Prozeß der Ribosomenbiogenese ist von der Hefe bis zum Menschen hochkonserviert. Es ist bekannt, daß durch Mutation oder veränderte Expression von ribosomalen Proteinen verursachte Defekte in der Ribosomenbiogenese für Knochenmarkserkrankungen und Krebs verantwortlich sein können. Aus diesem Grund ist die Erforschung der Ribosomenbiogenese ein wichtiger Beitrag zum molekularen Verständnis von menschlichen Erkrankungen.

Ribosomen sind die Proteinfabriken der Zelle. Wenn eine Zelle sich teilt, muß sie ihren kompletten Satz an Ribosomen (mehrere 100.000) verdoppeln. Aus diesem Grund ist die Neusynthese von Ribosomen einer der zentralen Prozesse in wachsenden Zellen. Ribosomen sind aus zwei verschiedenen Bausteinen, der ribosomalen RNA (rRNA) und den ribosomalen Proteinen zusammengesetzt. Diese beiden Bestandteile werden in unterschiedlichen Bereichen der Zelle hergestellt. Während die rRNA im Zellkern synthetisiert wird, werden ribosomale Proteine im Zytoplasma produziert und müssen anschließend in den Zellkern transportiert werden, wo sie dann mit der rRNA zusammengefügt werden können. Damit ribosomale Proteine effizient in den Zellkern gelangen können, gibt es eigene Hilfsfaktoren, die für eine schnelle und sichere Zustellung der Proteine an ihrem Bestimmungsort verantwortlich sind. Sogenannte Importfaktoren übernehmen den Transport in den Zellkern. Daneben gibt es zum Teil auch spezifische "Bodyguards", sogenannte "Chaperone", die ribosomale Proteine stabil halten und sie davor schützen, falsche Interaktionen einzugehen. Ziel dieses Projektes war es, bisher unbekannte Chaperone sowie Importfaktoren für ribosomale Proteine zu identifizieren.Dazu haben wir ~30 ribosomale Proteine aufgereinigt und alle daran gebundenen Partner über quantitative Massenspektrometrie identifiziert. Mit dieser Methode konnten wir einige Faktoren entdecken, die jeweils nur an eines der ribosomalen Proteine binden und wahrscheinlich neue, spezifische Chaperone für diese Proteine darstellen. Außerdem konnten wir beobachten, dass verschiedene ribosomale Proteine von unterschiedlichen Importinen gebunden werden. Mit diesen Erkenntnissen haben wir eine hervorragende Basis zu einem tieferen Verständnis jener Prozesse gelegt, die für die optimale Zulieferung von ribosomalen Proteinen sorgen und damit eine effiziente Ribosomensynthese erlauben. Zusätzlich zu ihrer Rolle als strukturelle Bestandteile von Ribosomen sind manche ribosomale Proteine auch in andere zelluläre Prozesse involviert. Solche "extraribosomale" Funktionen dienen möglicherweise dazu, die Proteinsynthese mit anderen Prozessen zu koordinieren. In einem zweiten Teil des Projektes haben wir entdeckt, daß das ribosomale Protein Rps3 in humanen Zellen an I?B, einen Inhibitor des wichtigen zellulären Immunregulators NF-?B bindet. Unsere Resultate könnten ein Hinweis auf eine Verbindung zwischen der Ribosomensynthese und diesem regulatorischen Prozess sein.