Regulation of human Argonaute proteins and its implications in disease

Dokumentenart:	Hochschulschrift der Universität Regensburg (Dissertation)
Open Access Art:	Primärpublikation
Datum:	8 Mai 2020
Begutachter (Erstgutachter):	Prof. Dr. Gunter Meister
Tag der Prüfung:	9 April 2019
Institutionen:	Biologie und Vorklinische Medizin > Institut für Biochemie, Genetik und Mikrobiologie > Lehrstuhl für Biochemie I > Prof. Dr. Gunter Meister
Stichwörter / Keywords:	Argonaute proteins, phosphorylation, disorders, disease
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:	40068

Zusammenfassung (Deutsch)

Argonaut (Ago)-Proteine zählen zu den Schlüsselkomponenten der kleinen RNS-gesteuerten Genstilllegung. Diese Proteine interagieren mit kleinen-nicht kodierenden RNS, die sie zu spezifischen Ziel-RNS leiten und deshalb als Führungs-RNS bezeichnet werden. Einige Ago Proteine sind in der Lage Ziel-RNAs zu spalten, die zu den Führungs-RNS perfekt komplementär sind. Im Falle einer nur teilweisen ...

Zusammenfassung (Deutsch)

Argonaut (Ago)-Proteine zählen zu den Schlüsselkomponenten der kleinen RNS-gesteuerten Genstilllegung. Diese Proteine interagieren mit kleinen-nicht kodierenden RNS, die sie zu spezifischen Ziel-RNS leiten und deshalb als Führungs-RNS bezeichnet werden. Einige Ago Proteine sind in der Lage Ziel-RNAs zu spalten, die zu den Führungs-RNS perfekt komplementär sind. Im Falle einer nur teilweisen Komplementarität zwischen Führungs-RNS und Ziel-RNS, rekrutieren Ago Proteine zusätzliche Faktoren, um die Translationsrepression und den mRNS-Abbau zu vermitteln.
Mit dieser wichtigen Rolle bei der Genstilllegung mittels kleinen RNAs ist es notwendig, die Regulation von Ago Proteinen zu verstehen. Posttranslationale Modifikationen, insbesondere Phosphorylierungen, sind ein wesentliches Instrument für die Proteinregulierung. Daher wurden Phosphorylierungen von Ago Proteinen aus verschiedenen Spezies unter Verwendung von Massenspektrometrie analysiert. Hier konnten mehrere endogene und hochkonservierte Phosphorylierungsstellen identifiziert werden. Darüber hinaus waren fünf von diesen Phosphorylierungen in Phosphorylierungsclustern organisiert. Dieses wurde weiter auf Funktionalität und modifizierende Enzyme hin untersucht. Es stellte sich heraus, dass dieses Phosphorylierungscluster für eine effiziente Freisetzung der Ziel-RNS erforderlich ist und dass dieses auch für die frühe Entwicklung in C. elegans unerlässlich ist. Bei der Analyse der Daten generiert durch Massenspektrometrie wurde eine Phosphatase identifiziert, die an der Dephosphorylierung von diesem Phosphorylierungscluster beteiligt ist.
Es ist bekannt, dass falsch regulierte Expressionsniveaus von Ago Proteinen oder deren Mutationen zu verschiedenen Erkrankungen oder Krebs führen können. Ein Kooperationspartner fand bei Patienten, die einen ähnlichen neurologischen Phänotypen aufweisen, verschiedene heterozygote Mutationen in Ago2. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurden all diese nachgewiesenen Mutationen charakterisiert und auf Ähnlichkeiten überprüft. Hier konnte eine Fehlregulierung bei der Freigabe der Ziel-RNS aufgedeckt werden und Licht auf die unerwartete Feststellung werfen, dass heterozygote Ago2 Mutationen zu einer neurologischen Erkrankung führen.

Übersetzung der Zusammenfassung (Englisch)

Argonaute (Ago) proteins are key components of small RNA-guided gene silencing pathways. They interact with small non-coding RNAs, which guide them to specific RNA targets and are therefore referred as guide RNA. Some Ago proteins cleave RNA targets, which are perfect complementary to the bound guide RNA. In case of partial complementarity between guide and target RNA, Ago proteins recruit ...

Übersetzung der Zusammenfassung (Englisch)

Argonaute (Ago) proteins are key components of small RNA-guided gene silencing pathways. They interact with small non-coding RNAs, which guide them to specific RNA targets and are therefore referred as guide RNA. Some Ago proteins cleave RNA targets, which are perfect complementary to the bound guide RNA. In case of partial complementarity between guide and target RNA, Ago proteins recruit additional factors to mediate translational repression and mRNA degradation.
With such an important role in small RNA-guided gene silencing, it is necessary to understand the regulation of Ago proteins. Post-translational modifications, in particular phosphorylations, are an essential tool for protein regulation. Therefore, phosphorylations of Ago proteins from different species were analyzed using mass spectrometry. Here, multiple endogenous and highly conserved phosphorylation sites were identified. Moreover, five of them were organized in a phosphorylation cluster. This phosphorylation cluster was analyzed further regarding functionality and modifying enzymes. It turned out that this phosphorylation cluster is required for efficient target release and it is essential for early development C. elegans. By analyzing mass spectrometry data, one phosphatase was identified to be involved in the de-phosphorylation of this phosphorylation cluster.
Mis-regulated Ago expression levels or mutations of Ago proteins are known to result in various diseases or cancer. A collaboration partner found different heterozygous Ago2 mutations in patients showing the same neurological phenotype. In the second part of this thesis, all these detected mutations were characterized and checked regarding similarities. Here, a common mis-regulation in target release was revealed and sheds light on the unexpected finding that heterozygous Ago2 mutations lead to neurodevelopmental disease.

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