The Role of the Lupus Autoantigen La in the Human MicroRNA Pathway

Dokumentenart:	Hochschulschrift der Universität Regensburg (Dissertation)
Open Access Art:	Primärpublikation
Datum:	12 März 2018
Begutachter (Erstgutachter):	Prof. Dr. Gunter Meister
Tag der Prüfung:	16 August 2018
Institutionen:	Biologie und Vorklinische Medizin > Institut für Biochemie, Genetik und Mikrobiologie > Lehrstuhl für Biochemie I > Prof. Dr. Gunter Meister
Stichwörter / Keywords:	Lupus autoantigen La; SSB; RNA chaperone; miRNA; tRNA fragment; miR-1983; RNA-binding protein
Dewey-Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik > 570 Biowissenschaften, Biologie
Status:	Veröffentlicht
Begutachtet:	Ja, diese Version wurde begutachtet
An der Universität Regensburg entstanden:	Ja
Dokumenten-ID:	38426

Zusammenfassung (Englisch)

The Lupus autoantigen La is an RNA-binding protein that stabilizes RNA polymerase III (Pol III) transcripts and supports correct RNA folding. In addition, La was shown to affect the biogenesis of mammalian microRNAs (miRNAs). In this study, we have analyzed the consequences of La depletion on the Argonaute (Ago)-bound small RNA (sRNA) population in human cells. We find that in the absence of La, ...

Zusammenfassung (Englisch)

The Lupus autoantigen La is an RNA-binding protein that stabilizes RNA polymerase III (Pol III) transcripts and supports correct RNA folding. In addition, La was shown to affect the biogenesis of mammalian microRNAs (miRNAs).
In this study, we have analyzed the consequences of La depletion on the Argonaute (Ago)-bound small RNA (sRNA) population in human cells. We find that in the absence of La, distinct tRNA fragments are loaded into Ago proteins. Thus, La functions as gatekeeper ensuring correct tRNA maturation and thereby protects the cell from tRNA fragments, which might be potentially harmful by acting as unintended miRNAs.
We further provide evidences, that viral non-coding RNAs (ncRNAs) perturb La’s gatekeeper function and induce the production of Ago-loaded tRNA fragments, mimicking the effects observed under La depletion.
Interestingly, one specific isoleucine precursor tRNA (pre-tRNA) produces both, a tRNA and a functional miRNA, even when La is present. We demonstrate that this specific pre-tRNA is able to partially escape from La binding due to its fully complementary 5’ leader and 3’ trailer sequences. The double-stranded RNA structure of this specific isoleucine pre-tRNA reduces the affinity to La and allows processing by components of the miRNA biogenesis machinery.
In sum, our study unraveled a novel aspect of La biology, showing that it supports correct pathway selection and, by that, maturation of primary Pol III transcripts. Furthermore, we characterized in molecular detail the biogenesis of a non-canonical, pre-tRNA-derived miRNA.

Übersetzung der Zusammenfassung (Deutsch)

Das Protein Lupus Autoantigen La bindet an das 3’ Ende von primären RNA Polymerase III (Pol III) Transkripten und schützt sie somit vor exonukleolytischem Abbau. Zudem fördert La die korrekte Faltung der gebundenen Transkripte. Des Weiteren wurde La als ein Faktor beschrieben, der die Biogenese einiger mikroRNAs (miRNAs) reguliert. In dieser Arbeit wurde der Einfluss von La auf die Population ...

Übersetzung der Zusammenfassung (Deutsch)

Das Protein Lupus Autoantigen La bindet an das 3’ Ende von primären RNA Polymerase III (Pol III) Transkripten und schützt sie somit vor exonukleolytischem Abbau. Zudem fördert La die korrekte Faltung der gebundenen Transkripte. Des Weiteren wurde La als ein Faktor beschrieben, der die Biogenese einiger mikroRNAs (miRNAs) reguliert.
In dieser Arbeit wurde der Einfluss von La auf die Population von kurzen RNAs untersucht, die mit Argonaut (Ago) Proteinen interagiert. Daraus ergab sich, dass La die Entstehung von einigen kurzen tRNA Fragmenten verhindert. In Abwesenheit von La akkumulieren diese tRNA Fragmente in Ago Protein-Komplexen und könnten daher fälschlicherweise als miRNAs wirken, was mögliche negativen Konsequenzen birgt.
Zusätzlich liefert unsere Studie Hinweise dafür, dass diese Kontroll-Funktion von La durch virale, nicht-kodierende RNAs beeinträchtigt wird. Die Expression solch viraler RNAs führte zur Produktion von Ago-interagierenden tRNA Fragmenten. Somit ähnelte dieser Effekt den Auswirkungen einer La Depletion.
Interessanterweise kann aus einer bestimmten Isoleucin Vorläufer-tRNA (pre-tRNA) sogar in Anwesenheit von La eine tRNA oder auch eine funktionelle miRNA entstehen. Wir konnten zeigen, dass die strukturellen Besonderheiten dieser pre-tRNA eine effiziente Bindung durch La verhindern. Dies beruht darauf, dass die 5’ und 3’ Überhänge der Isoleucin pre-tRNA stark komplementär zueinander sind. Die dadurch entstehende doppelsträngige Struktur verursacht zwar eine verminderte Affinität zu La, ermöglicht jedoch gleichzeitig die Prozessierung durch Komponenten der miRNA Biogenese Maschinerie.
Zusammengefasst hat unsere Studie eine bis dahin unbekannte Funktion des Proteins La aufgeklärt. La besitzt eine wegweisende Rolle in der Reifung von primären Pol III Transkripten und verhindert dadurch, dass pre-tRNAs durch konkurrierende Prozesse fehlgeleitet werden, z.B. in den miRNA-Biogeneseweg. Zudem wurde der molekulare Mechanismus aufgeklärt, der dazu führt, dass eine nicht-kanonische miRNA aus einer pre-tRNA entstehen kann.

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