| Lizenz: Creative Commons Namensnennung 4.0 International (8MB) |
- URN zum Zitieren dieses Dokuments:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-455813
- DOI zum Zitieren dieses Dokuments:
- 10.5283/epub.45581
| Dokumentenart: | Hochschulschrift der Universität Regensburg (Dissertation) |
|---|---|
| Open Access Art: | Primärpublikation |
| Datum: | 11 März 2022 |
| Begutachter (Erstgutachter): | Prof. Dr. Wolfgang Seufert |
| Tag der Prüfung: | 11 März 2021 |
| Institutionen: | Nicht ausgewählt |
| Stichwörter / Keywords: | ribosome, translation, translation initiation, eIF2, Cdc123, gene expression, yeast |
| 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: | 45581 |
Zusammenfassung (Englisch)
The eukaryotic initiation factor 2 (eIF2) is a protein complex which is conserved among all eukaryotes and has a homolog in archaea, called archaeal initiation factor 2 (aIF2). It fulfills essential functions in protein synthesis and is made up of three subunits (α, β and γ). Together with GTP and the initiator tRNA Met-tRNAiMet (tRNAi), eIF2 forms the ternary complex (TC). eIF2 leads tRNAi to ...
Zusammenfassung (Englisch)
The eukaryotic initiation factor 2 (eIF2) is a protein complex which is conserved among all eukaryotes and has a homolog in archaea, called archaeal initiation factor 2 (aIF2). It fulfills
essential functions in protein synthesis and is made up of three subunits (α, β and γ). Together with GTP and the initiator tRNA Met-tRNAiMet (tRNAi), eIF2 forms the ternary complex (TC). eIF2 leads tRNAi to the ribosomal 40S subunit and scans the mRNA in collaboration with other initiation factors. Upon binding of tRNAi to a start codon, γ-phosphate of the GTP and subsequently all initiation factors are released (Algire et al., 2005). The ribosomal subunits join to form an active 80S ribosome and elongation phase, in which the peptide chain is synthesized, commences. eIF2 is involved in selection of the right start codon and important for the accuracy of protein synthesis. It is a hub for central regulational mechanisms, which adjust cell metabolism under conditions of stress. Amino acid starvation, unfolded protein stress and other stress factors activate certain kinases, which phosphorylate eIF2α, reduce TC activity and thus
protein synthesis rate (Pakos-Zebrucka et al., 2016). On a molecular level, defects in eIF2 lead to
inefficient protein synthesis and inaccurate selection of start codons, hence affecting cell growth and increasing susceptibility to exogenous stressors. In humans, several rare mutations of eIF2γ are known which negatively affect the activity of eIF2 and lead to organ dysfunction and
neuronal defects in particular. The molecular cause is lowered TC activity, since binding of tRNAi and assembly of trimeric eIF2 are affected (Borck et al., 2012; Young-Baird et al., 2019c).
This work pays particular attention to the assembly mechanism of eIF2. To date, no dedicated
scaffold protein or chaperone that necessary for aIF2 assembly in archaea is known. In eukaryotes however, previous studies established that the protein Cdc123 is indispensable for
assembly of the the α-, β- and γ-subunits to active trimeric eIF2 (Perzlmaier et al., 2013).
Meanwhile, little is known about the order of assembly and the individual functions of each subunit as well as Cdc123. However, the mechanism of complex formation is of great interest to understand molecular causes of eIF2-related hereditary defects. Here, detailed studies of eIF2
subunit interactions and eIF2-Cdc123 interactions will be presented. The majority of experiments were performed in the budding yeast S. cerevisiae. Thanks to its ease of handling
and fast replication, it is an ideal model organism for fundamental cellular processes. The high conservation of the translation process in general and eIF2 in particular allow for conclusions about the respective processes in human cells. In yeast, the endogenous proteins and, by heterologous expression, the human proteins were investigated. Some results were verified in human cell culture. At the end, a model for stepwise assembly of eIF2 will be presented and
individual roles of each eIF2 subunit and Cdc123 will be discussed.
Übersetzung der Zusammenfassung (Deutsch)
Der eukaryotische Initiationsfaktor 2 (eIF2) ist ein Proteinkomplex, der in allen Eukaryonten essentielle Funktionen in der Proteinsynthese übernimmt und als archaeeller Initiationsfaktor 2 (aIF2) auch in Archaeen konserviert ist. Er besteht aus drei Untereinheiten (α, β und γ) und bindet in seiner aktiven Form GTP und die Initiator-tRNA Met-tRNAiMet (tRNAi), wodurch ein ternärer Komplex (TC) ...
Übersetzung der Zusammenfassung (Deutsch)
Der eukaryotische Initiationsfaktor 2 (eIF2) ist ein Proteinkomplex, der in allen Eukaryonten essentielle Funktionen in der Proteinsynthese übernimmt und als archaeeller Initiationsfaktor 2 (aIF2) auch in Archaeen konserviert ist. Er besteht aus drei Untereinheiten (α, β und γ) und bindet in seiner aktiven Form GTP und die Initiator-tRNA Met-tRNAiMet (tRNAi), wodurch ein ternärer Komplex (TC) gebildet wird. eIF2 führt die tRNAi zur ribosomalen 40S-Untereinheit, wo in Zusammenarbeit mit anderen Initiationsfaktoren die mRNA gescannt wird. Bei korrekter
Basenpaarung der tRNA mit dem Startcodon werden zunächst das γ-Phosphat des GTPs aus eIF2 und dann die Initiationsfaktoren freigesetzt (Algire et al., 2005). In der Folge bilden die ribosomalen Untereinheiten ein aktives 80S-Ribosom und die Elongationsphase, bei der die Peptidkette synthetisiert wird, beginnt. eIF2 ist also an der Auswahl des Startcodons beteiligt und somit für die Genauigkeit der Translationsinitiation mitverantwortlich. eIF2 ist Ansatzpunkt
für zentrale Regulationsmechanismen, die in Stresssituationen zu einer Anpassung des Zellmetabolismus führen. So können Aminosäuremangel oder Stress durch ungefaltete Proteine
Kinasen aktivieren, die eIF2α phosphorylieren, die Menge an aktivem eIF2 dadurch reduzieren und die Proteinsyntheserate senken (Pakos-Zebrucka et al., 2016). Defekte in eIF2 können auf molekularer Ebene eine ineffizientere Proteinsynthese und ungenauere Auswahl von Startcodons zur Folge haben. Folglich führen sie zu langsamerem Zellwachstum und einer
erhöhten Anfälligkeit für exogene Stressfaktoren. Beim Menschen sind mehrere seltene Mutationen von eIF2γ bekannt, die die Aktivität des Komplexes negativ beeinflussen und zu schweren körperlichen Missbildungen der Organe, insbesondere aber des zentralen Nervensystems führen. Die molekularen Ursachen liegen dabei in der verringerten Bildung von aktiven TCs, da die Bindung der tRNAi oder die Assemblierung des trimeren eIF2-Komplexes
beeinträchtigt sind (Borck et al., 2012; Young-Baird et al., 2019c).
In dieser Arbeit soll der Assemblierung von eIF2 besondere Aufmerksamkeit gewidmet werden. Für den archaellen Faktor aIF2 ist nicht bekannt, dass ein Gerüstprotein oder Chaperon für seine Assemblierung benötigt wird. In Eukaryonten hingegen ist, wie vorherige Studien zeigen
konnten, das Protein Cdc123 für die Assemblierung der α-, β- und γ-Untereinheiten zum trimeren Komplex unabdingbar (Perzlmaier et al., 2013). Über die Reihenfolge, sowie die
individuellen Funktionen jeder Untereinheit und Cdc123 während der Assemblierung ist indes wenig bekannt. Der Mechanismus der Komplexbildung ist jedoch von großem Interesse, um die molekularen Ursachen von eIF2-Mutationserkrankungen zu verstehen. In dieser Arbeit sollen
detaillierte Untersuchungen zu Interaktionen der eIF2-Untereinheiten miteinander und mit dem
Assemblierungsfaktor Cdc123 vorgestellt werden. Die Mehrzahl der Experimente wurde in der Hefe S. cerevisiae durchgeführt. Durch ihre einfache Handhabung und hohe Zellteilungsrate ist sie ein idealer Modellorganismus für grundlegende zelluläre Prozesse. Dank der hohen
Konservierung des Translationsprozesses im Allgemeinen und eIF2 im Besonderen können auch Rückschlüsse auf die entsprechenden Vorgänge im Menschen gezogen werden. Es wurden dabei die Proteine der Hefe untersucht, durch heterologe Expression im Hefeorganismus jedoch auch
die entsprechenden Proteine des Menschen. Einige Ergebnisse wurden durch Untersuchungen in menschlicher Zellkultur verifiziert. Am Ende soll ein neues Modell zur schrittweisen
Assemblierung des eIF2 vorgestellt und auf die Funktionen der einzelnen Untereinheiten und Cdc123 eingegangen werden.
Metadaten zuletzt geändert: 11 Mrz 2022 07:25
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