In eukaryotes, in vivo formation of the two ribosomal subunits from four ribosomal RNAs (rRNAs) and approximately 80 ribosomal proteins (r-proteins) involves more than 150 non-ribosomal proteins and around 100 small non-coding RNAs. Ribosome biogenesis is temporally and spatially organised within three different cellular compartments: the nucleolus, nucleoplasm and cytoplasm.
Despite the rising ...
Abstract (English)
In eukaryotes, in vivo formation of the two ribosomal subunits from four ribosomal RNAs (rRNAs) and approximately 80 ribosomal proteins (r-proteins) involves more than 150 non-ribosomal proteins and around 100 small non-coding RNAs. Ribosome biogenesis is temporally and spatially organised within three different cellular compartments: the nucleolus, nucleoplasm and cytoplasm. Despite the rising knowledge about ribosome function and structure and how ribosomal subunits assemble in vitro in bacteria, the in vivo role of many ribosomal proteins remains obscure both in pro- and eukaryotes.
This work describes the systematic analysis of yeast small subunit r-proteins (rpS) in vivo function(s) in small ribosomal subunit (SSU) maturation and assembly.
The results described herein demonstrate that most eukaryotic r-proteins fulfill different roles in ribosome biogenesis, making them indispensable for growth. Different r-proteins control distinct steps of nuclear and cytoplasmic pre-18S rRNA processing and, thus, ensure that only properly assembled ribosomes become engaged in translation. Furthermore several r-proteins are required for efficient nuclear export of pre-18S rRNA, suggesting that they form an interaction platform with the export machinery. In addition, in vivo analysis of rpS assembly suggests that the pre-rRNA � rpS interactions are stabilised in the course of the SSU maturation process. Finally, analysis of rpS assembly status in two mutants in which pre-SSU nuclear export is blocked (crm1, rps5) and one in which export is strongly delayed (rps15) show that key aspects of the in vivo assembly of eukaryotic r-proteins into distinct structural parts of the SSU are similar to the in vitro assembly pathway of their prokaryotic counterparts. Interestingly, the establishment of a stable assembly intermediate of the eukaryotic SSU-body, but not of the SSU-head, is closely linked to early rRNA processing events. On the other hand, formation of assembly intermediates of the head controls efficient nuclear export of the SSU and cytoplasmic pre-rRNA maturation steps. Therefore the formation of certain assembly intermediates is required to allow the rRNA processing steps or the export of the SSU to take place. The above intermediates can also contribute substantially to the quality control of the maturing subunit.
Translation of the abstract (German)
Die beiden Untereinheiten der eukaryotischen Ribosomen setzen sich aus vier ribosomalen RNAs (rRNAs) und ungefähr 80 ribosomalen Proteinen (r-Proteinen) zusammen. An ihrer Synthese, welche in drei verschiedenen zellulären Kompartimenten, dem Nukleolus, dem Nukleoplasma und dem Zytoplasma, stattfindet, sind mehr als 150 nicht-ribosomale Proteine und ca. 100 kleine, nicht-kodierende RNAs beteiligt. ...
Translation of the abstract (German)
Die beiden Untereinheiten der eukaryotischen Ribosomen setzen sich aus vier ribosomalen RNAs (rRNAs) und ungefähr 80 ribosomalen Proteinen (r-Proteinen) zusammen. An ihrer Synthese, welche in drei verschiedenen zellulären Kompartimenten, dem Nukleolus, dem Nukleoplasma und dem Zytoplasma, stattfindet, sind mehr als 150 nicht-ribosomale Proteine und ca. 100 kleine, nicht-kodierende RNAs beteiligt. Die Funktion der Ribosomen und ihre Struktur wurden bereits umfassend charakterisiert. Zudem gelang es, die Assemblierung prokaryotischer Ribosomen in vitro nachzuvollziehen. Hingegen war über die Funktionen der einzelnen ribosomalen Proteine in der Zelle bislang nur wenig bekannt.
In der vorliegenden Arbeit wurde daher mit Hilfe des eukaryotischen Modellorganismus S. cerevisiae systematisch analysiert, welche Funktionen den ribosomalen Proteinen der kleinen Untereinheit (rpS) in vivo bei der Reifung und Assemblierung der kleinen ribosomalen Untereinheit (SSU) zukommen.
Hierbei zeigte sich, dass die meisten eukaryotischen r-Proteine in der Ribosomenbiogenese für das Wachstum essenzielle Funktionen ausüben. Einige r-Proteine kontrollieren bestimmte Schritte der nukleären und zytoplasmatischen Prä-18S-rRNA-Prozessierung und garantieren auf diese Weise, dass nur korrekt zusammengebaute Ribosomen die Translation katalysieren. Andere r-Proteine werden hingegen für den effizienten Export der Prä-18S-rRNA aus dem Kern benötigt und bilden dabei möglicherweise eine Interaktionsplattform mit der Export-Maschinerie aus. Darüber hinaus lässt die in vivo-Analyse des SSU-Zusammenbaus vermuten, dass die Wechselwirkungen zwischen der Prä-rRNA uns den ribosomalen Proteinen im Laufe des SSU-Reifungsprozesses stabilisiert werden. Schließlich erbrachte die Analyse von Mutanten, in denen der nukleäre Prä-SSU-Export entweder vollständig (crm1, rps5) oder weitestgehend (rps15) blockiert werden kann, dass die in-vivo-Assemblierung der r-Proteine in die kleine ribosomale Untereinheit in ähnlicher Reihenfolge abläuft wie für die Assemblierung in vitro der entsprechenden prokaryotischen r�Proteine zuvor ermittelt worden war. Interessanterweise wirkt sich die Ausbildung einer stabilen Assemblierungszwischenstufe des eukaryotischen SSU-�body�, nicht aber des SSU��head�, auf frühe rRNA-Prozessierungsereignisse aus, wohingegen die Bildung von Assemblierungszwischenstufen des �head� den SSU-Export aus dem Kern und zytoplasmatische rRNA-Reifungsschritte kontrolliert. Demzufolge ist die Ausbildung bestimmter Substrukturen oder Faltungsintermediate wichtig, damit definierte rRNA Prozessierungsschritte oder der Export der kleinen ribosomalen Untereinheit stattfinden kann. Sie tragen damit auch wesentlich zur Qualitätskontrolle der reifenden Untereinheit bei.
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