| License: Publishing license for publications including print on demand (7MB) |
- URN to cite this document:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-143048
- DOI to cite this document:
- 10.5283/epub.14306
| Item type: | Thesis of the University of Regensburg (PhD) |
|---|---|
| Open Access Type: | Primary Publication |
| Date: | 18 January 2011 |
| Referee: | Prof. Dr. Herbert Tschochner |
| Date of exam: | 24 March 2010 |
| Institutions: | Biology, Preclinical Medicine > Institut für Biochemie, Genetik und Mikrobiologie > Lehrstuhl für Biochemie III > Prof. Dr. Herbert Tschochner |
| Interdisciplinary Subject Network: | Not selected |
| Keywords: | Ribosom, ribosome, Untereinheit, subunit, Ribosomenbiogenese, ribosome biogenesis, ribosomale RNA (rRNA), Assemblierung, ribosome assembly, ribosomale Proteine (r-Protein), ribosomal protein, Nukleolus, nucleolus, SSU-Prozessom, SSU processome, 90S-Präribosom, 90S pre-ribosome, iTRAQ, semiquantitative Massenspektrometrie, semiquantitative mass spectrometry, UTP, Saccharomyces cerevisiae |
| Dewey Decimal Classification: | 500 Science > 570 Life sciences |
| Status: | Published |
| Refereed: | Yes, this version has been refereed |
| Created at the University of Regensburg: | Yes |
| Item ID: | 14306 |
Abstract (English)
The eukaryotic ribosome of baker's yeast (Saccharomyces cerevisiae) consists of two subunits, comprised in total of 79 ribosomal proteins (r-proteins) and four different ribosomal RNA (rRNA) species. Bringing these components together is a very complicated process in vivo involving more than 70 small nucleolar RNAs (snoRNAs) and around 150 accessory proteins. Nevertheless, the cell fulfils this ...
Abstract (English)
The eukaryotic ribosome of baker's yeast (Saccharomyces cerevisiae) consists of two subunits, comprised in total of 79 ribosomal proteins (r-proteins) and four different ribosomal RNA (rRNA) species. Bringing these components together is a very complicated process in vivo involving more than 70 small nucleolar RNAs (snoRNAs) and around 150 accessory proteins. Nevertheless, the cell fulfils this challenge in a highly efficient manner. Although homologies with known protein motifs exist for some of these biogenesis factors, the exact function of these as well as for the majority of the remaining factors remains elusive.
One early aspect of eukaryotic ribosome biogenesis is the co-transcriptional assembly of the small subunit (SSU) processome. This ribonucleoprotein (RNP) particle is required for early pre-rRNA processing events, separating the maturation of the SSU from the one of the large subunit (LSU). This process involves about 40 proteins, which are all required for SSU maturation and can be classified into five subgroups. Members of four of these subgroups have been shown to exist as entities in the cell independent of their interaction with pre-ribosomes.
The goal of this work was to investigate the relationship between SSU r-protein and SSU processome assembly. To this end, representative r-proteins of all three major structural domains of the SSU rRNA were conditionally depleted in different Saccharomyces cerevisiae strains. Subsequently, the association of representatives of each subgroup of the SSU processome to early pre-ribosomes was analysed by complementary techniques. Among them, a mass spectrometry based method allowing the semiquantitative comparison of the protein composition of affinity purified pre-ribosomal particles was established and successfully applied. In comparison to earlier reports, more than twice the amount of proteins could be identified in these proteomic analyses of early pre-ribosomes, emphasizing the sensitivity of the established assay. Additionally, the obtained proteomic data provide evidence that factors required for maturation of the LSU are associated with these early pre-ribosomes, although in general less stable than their counterparts required for SSU maturation.
Apart from this, the results obtained by this combined approach indicate that assembly of the SSU processome UTP-A, UTP-B and Mpp10p submodules with pre-rRNA can proceed independent of r-protein assembly events. This suggests that proteins, belonging to these subclasses, assist in proper primary rRNA folding events, potentially by preventing erroneous folding and thus providing binding sites for subsequent r-protein binding. In this regard, these proteins might be envisioned to function in a “chaperone like” way, dedicated to early pre-rRNAs.
In contrast, efficient association of other SSU processome components, e.g. Noc4p or the SSU processome UTP-C submodule, with pre-ribosomes requires specific r-protein assembly events in the SSU rRNA central and 3’ domain. Moreover, the results point towards a function of Noc4p in the coordination of SSU rRNA central and 3’ domain assembly. Accordingly, establishment of a defined central domain assembly state is required for efficient Noc4p association with early pre-ribosomes and subsequently Noc4p is required to trigger assembly events in the SSU rRNA 3’ domain leading to a mature SSU head structure.
Altogether, the data obtained in this work give a first comprehensive picture of the interplay between early steps in r-protein and SSU processome assembly with pre-rRNA in yeast cells.
Translation of the abstract (German)
Das eukaryotische Ribosom der Bäckerhefe (Saccharomyces cerevisiae) besteht aus zwei Untereinheiten, welche aus 79 ribosomalen Proteinen (r-Proteinen) und vier verschiedenen ribosomalen RNA (rRNA) Spezies gebildet werden. Die Synthese dieser Untereinheiten ist ein sehr aufwendiger Prozess, für den mehr als 70 kleine nucleoläre RNAs (snoRNAs) und ungefähr 150 Reifungsfaktoren benötigt werden. ...
Translation of the abstract (German)
Das eukaryotische Ribosom der Bäckerhefe (Saccharomyces cerevisiae) besteht aus zwei Untereinheiten, welche aus 79 ribosomalen Proteinen (r-Proteinen) und vier verschiedenen ribosomalen RNA (rRNA) Spezies gebildet werden. Die Synthese dieser Untereinheiten ist ein sehr aufwendiger Prozess, für den mehr als 70 kleine nucleoläre RNAs (snoRNAs) und ungefähr 150 Reifungsfaktoren benötigt werden. Trotz der Komplexität der Ribosomenbiogenese, werden die ribosomalen Untereinheiten schnell und effizient hergestellt. Obwohl einige der Reifungsfaktoren Homologien zu bekannten Proteindomänen zeigen, ist die genaue molekulare Funktion für den Hauptteil dieser Faktoren unklar.
Ein früher Aspekt der Ribosomenbiogenese ist die co-transkriptionelle Assemblierung des SSU-Prozessoms. Dieser große Ribonukleoproteinkomplex wird benötigt für frühe Prozessierungsschritte von rRNA-Vorläufern. Ungefähr 40 Proteine sind bisher als Komponenten des SSU-Prozessoms beschrieben. Diese Faktoren sind essentiell für die Reifung der kleinen ribosomalen Untereinheit (SSU) und können weiterhin in fünf Submodule klassifiziert werden. Außerdem konnte gezeigt werden, dass vier dieser Submodule auch als Komplexe außerhalb des SSU-Prozessoms existieren können.
Das Ziel dieser Arbeit war es, das Zusammenspiel von r-Proteinen der SSU und von SSU-Prozessom-Komponenten zu analysieren. Hierfür wurden repräsentative r-Proteine der drei Sekundärstrukturdomänen der SSU-rRNA in verschiedenen Saccharomyces-cerevisiae-Stämmen depletiert und die Assoziation von Repräsentanten aller fünf SSU-Prozessom-Subklassen mit Präribosomen analysiert. Zur Analyse wurde ein auf Massenspektrometrie basierender Assay entwickelt, welcher es erlaubt, die Zusammensetzung affinitätsgereinigter Präribosomen semiquantitativ zu vergleichen. Im Vergleich zu bisherigen Analysen konnte mit Hilfe dieser Methode gezeigt werden, dass mehr als doppelt soviele Faktoren wie bisher angenommen Teil von frühen Präribosomen sind. Darüber hinaus deuten die Analysen darauf hin, dass 60S-Reifungsfaktoren mit frühen Präribosomen assoziiert sind, wenn auch generell weniger stabil als 40S-Reifungsfaktoren.
Darüber hinaus verdeutlichen diese Analysen, dass die SSU-Prozessom-Submodule UTP-A, UTP-B und der Mpp10p-Komplex unabhängig von r-Proteinen mit frühen Präribosomen assoziieren können. Dieser Befund könnte darauf hindeuten, dass Faktoren dieser Module frühe Faltungschritte von prä-rRNAs unterstützen und dadurch fehlerhafte Basenpaarungen verhindern, um somit die Bindungsstellen für r-Proteine zu etablieren. Diese Proteine würden somit eine Art RNA-Chaperon-Funktion übernehmen.
Im Gegensatz dazu sind für die effiziente Assemblierung von anderen SSU-Prozessom-Faktoren, z.B. Noc4p oder das UTP-C-Modul, mit frühen Präribosomen definierte Assemblierungszustände der zentralen und 3’-Domäne der SSU-rRNA nötig. Darüber hinaus deuten die Daten auf eine mögliche Funktion von Noc4p bei der zeitlichen Koordinierung der Assemblierung der zentralen und 3’-Domäne hin. So ist die Etablierung der zentralen Domäne nötig für die effiziente Assemblierung von Noc4p mit frühen Präribosomen. Noc4p ist wiederum nötig für Assemblierungsschritte der 3’-Domäne, welche ultimativ zur Etablierung des Kopfbereichs der SSU führen.
Zusammenfassend, geben die erhalten Daten zum ersten Mal ein umfassendes Bild des Zusammenspiels von frühen Schritten der r-Protein- und SSU-Prozessom-Assemblierung in Saccharomyces cerevisiae.
Metadata last modified: 25 Nov 2020 15:14
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