Ribosome biogenesis is a complex process. In the yeast Saccharomyces cerevisiae, it requires the concerted action of 79 ribosomal proteins (RPs), more than 150 assembly factors (AFs), four ribosomal RNAs (rRNAs), and several snoRNAs. During the past 50 years, most studies focused on the pathway how ribosomes are synthesized and how this process is regulated. Using multidisciplinary approaches, we ...
Zusammenfassung (Englisch)
Ribosome biogenesis is a complex process. In the yeast Saccharomyces cerevisiae, it requires the concerted action of 79 ribosomal proteins (RPs), more than 150 assembly factors (AFs), four ribosomal RNAs (rRNAs), and several snoRNAs. During the past 50 years, most studies focused on the pathway how ribosomes are synthesized and how this process is regulated. Using multidisciplinary approaches, we know most of the factors involved in the synthesis of ribosomes, the steps in which they participate, and the structure of several ribosomal intermediates. In addition, for several AFs their specific catalytic activities and putative functions have been proposed. Nevertheless, there are many AFs whose function is far from being understood or even weakly related to ribosome synthesis.
Among the not well characterized factors, the protein Pol5 was initially described as a B-type like DNA polymerase with a putative role in the assembly of the small ribosomal subunit and in rDNA transcription due to its physical association with proteins participating in these processes.
In this study, Pol5 was characterized and it was described as the fourth AF involved in the maturation of both ribosomal subunits. By performing a detailed phenotypic analysis of yeast cells in dependency of Pol5 expression, the role of Pol5 in the initial folding of the polypeptide exit tunnel within the large ribosomal subunit could be defined. In contrast to the published association of Pol5 with AFs involved in the assembly of the small subunit, the data presented in this thesis do not support a stable association of these early assembling proteins under optimal growth conditions. However, Pol5 might play a role in the recycling of several AFs of the small subunit, which is required to maintain an ongoing synthesis of ribosomes. Moreover, part of the N-terminal domain of the protein, and more specifically, a motif participating in the recruitment of the nuclear exosome, is suggested to be involved in the recycling process.
Thus, Pol5 might connect the recycling of AFs of the small subunit with the correct assembly of the large subunit. This theory, which is compatible with alternative regulatory pathways, contributes to a rational explanation for the balanced synthesis of both ribosomal subunits in eukaryotic organisms.
Übersetzung der Zusammenfassung (Deutsch)
Ribosomenbiogenese ist ein komplexer Prozess, der in der Hefe Saccharomyces cerevisiae auf der aufeinander abgestimmten Wirkungsweise 79 ribosomaler Proteine (RPs), von über 150 Assemblierungsfaktoren (AFs), vier ribosomaler RNAs (rRNAs) und verschiedener snoRNAs beruht. Während der vergangenen 50 Jahre lag der Fokus der wissenschaftlichen Arbeit darauf, wie Ribosomen synthetisiert werden und wie ...
Übersetzung der Zusammenfassung (Deutsch)
Ribosomenbiogenese ist ein komplexer Prozess, der in der Hefe Saccharomyces cerevisiae auf der aufeinander abgestimmten Wirkungsweise 79 ribosomaler Proteine (RPs), von über 150 Assemblierungsfaktoren (AFs), vier ribosomaler RNAs (rRNAs) und verschiedener snoRNAs beruht. Während der vergangenen 50 Jahre lag der Fokus der wissenschaftlichen Arbeit darauf, wie Ribosomen synthetisiert werden und wie dieser Prozess reguliert ist. Dank multidisziplinärer Ansätze kennen wir inzwischen den Großteil der Faktoren, die in die Synthese von Ribosomen involviert sind, und können einordnen, an welchen Assemblierungsschritten diese Faktoren beteiligt sind. In diesem Zusammenhang konnten auch die Strukturen verschiedener ribosomaler Assemblierungsintermediate aufgeklärt werden. Von einigen AFs wird angenommen, dass sie katalytisch aktiv sind, während für andere nur über mögliche Funktionen spekuliert werden kann. Die Funktion vieler AFs ist bis dato nur wenig verstanden und steht häufig kaum in direktem Zusammenhang mit der Ribosomenbiogenese.
Zu den wenig charakterisierten Faktoren gehört auch Pol5. Dieses Protein wurde ursprünglich als B-Typ-ähnliche DNA-Polymerase mit einer möglichen Rolle in der Assemblierung der kleinen ribosomalen Untereinheit und in der Transkription der rDNA beschrieben. Diese Funktion von Pol5 wurde angenommen, da es mit Proteinen assoziiert gefunden wurde, die an beiden genannten Prozessen beteiligt sind.
In dieser Arbeit wird die funktionelle Charakterisierung von Pol5 vorgestellt, wobei dieses Protein als vierter AF beschrieben wird, der an der Reifung beider ribosomaler Untereinheiten mitwirkt. Mithilfe einer detaillierten Phänotyp-Analyse, in der Hefezellen verglichen wurden, die Pol5 exprimieren oder depletieren, konnte die Beteiligung von Pol5 an der Faltung des Polypeptid-Exit-Tunnels innerhalb der großen ribosomalen Untereinheit festgestellt werden. Trotz der früher beschriebenen Assemblierung von Pol5 an AFs der kleinen Untereinheit, deuten die Daten dieser Arbeit nicht auf eine stabile Assoziation von Pol5 mit den AFs der kleinen Untereinheit unter idealen Wachstumsbedingungen hin. Dennoch stützen meine Daten die Vermutung, dass Pol5 für das Recycling einiger AFs während der Reifung der kleinen Untereinheit benötigt werden könnte. Die Freisetzung der AFs ist unerlässlich, wenn die effiziente Synthese der Ribosomen aufrechterhalten werden soll. Außerdem deuten die Ergebnisse darauf hin, dass ein Teil der N-terminalen Domäne von Pol5, genauer gesagt ein Protein-Motiv, das das nukleäre Exosom rekrutieren kann, am Recycling der AFs beteiligt ist.
Das bedeutet, Pol5 könnte die Disassemblierung des Vorläufers der kleinen Untereinheit mit der korrekten Assemblierung der großen Untereinheit verknüpfen. Diese Theorie wird im Rahmen dieser Arbeit ausführlich diskutiert und stimmt mit alternativen Regulationsmechanismen überein. Außerdem würde sie eine Erklärung liefern, wie die stöchiometrische Produktion beider ribosomaler Untereinheiten in Eukaryoten möglich ist.
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