Untersuchung der Rolle von Secisbp2 bei der Recodierung des UGA-Codons in Selenoproteinen durch globales ribosomales Footprinting
Biochemie
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Zentrum unserer Untersuchungen steht der ungewöhnliche Prozess des Einbaus der seltenen Aminosäure Selenocystein (Sec) in Selenoproteine. Dabei wird ein UGA („STOP“) Codon als Sec Codon interpretiert, wenn im 3‘-untranslatierten Bereich der mRNA sich eine Selenocystein-Insertionssequenz (SECIS) befindet. Das SECIS-Element „rekodiert“ also das UGA Codon am Ribosom und verhindert einerseits die sonst fällige Termination und stimuliert andererseits die Translation als Sec. Welche Rolle das SECIS-bindende Protein 2 (SECISBP2) dabei spielt haben wir mittels Ribosomalem Profiling untersucht. So konnten wir mit hoher, codon-genauer Auflösung den Prozess der Rekodierung bzw. der des UGA/Sec Codons Translation von Selenoproteinen sichtbar machen. Wir haben weiterhin gefunden, dass bestimmte Selenoprotein mRNAs in Abwesenheit von SECISBP2 destabilisiert werden – wie auch unter selenarmen Bedingungen. Ein wichtiger Aspekt unserer Ergebnisse ist, dass wir gefunden haben, dass das Fehlen von SECISBP2 und das Fehlen der tRNASec sich fundamental unterschiedlich auf die Translation von Selenoproteinen auswirken. In Abwesenheit von SECISBP2 sind manche Selenoproteine noch in der Lage, translatiert zu werden. Ein zweiter wichtiger Aspekt war der Befund, dass zwei pathogene Mutationen in SECISBP2 nicht nur deshalb unterschiedliche Phänotypen auslösen, weil die Mutationen in verschiedenen Bereichen des Proteins sitzen, sondern weil eine Mutation das Protein in einer Zelltypspezifischen Weise mehr oder weniger destabilisieren kann. Dieser Aspekt wurde in einem Kommentar von Paul Copeland eigens gewürdigt und hat sicherlich Bedeutung jenseits des Feldes der Selenoproteine. Das dritte, eher überraschende Ergebnis unserer Untersuchungen ist ribosomales Frameshifting am UGA/Sec Codon und die Rolle, die der NoGo-Decay-Faktor PELO dabei spielt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2015) Expression of Selenoproteins Is Maintained in Mice Carrying Mutations in SECp43, the tRNA Selenocysteine 1 Associated Protein (Trnau1ap). PLOS One 10(6):e0127349
Mahdi Y, Xu XM, Carlson BA, Fradejas N, Günter P, Braun D, Southon E, Tessarollo L, Hatfield DL, Schweizer U
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(2016) Selenophosphate synthetase 1 is an essential protein with roles in regulation of redox homoeostasis in mammals. Biochem J 473(14):2141-54
Tobe R, Carlson BA, Huh JH, Castro NP, Xu XM, Tsuji PA, Lee SG, Bang J, Na JW, Kong YY, Beaglehole D, Southon E, Seifried H, Tessarollo L, Salomon DS, Schweizer U, Gladyshev VN, Hatfield DL, Lee BJ
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(2016) Why 21? The significance of selenoproteins for human health revealed by inborn errors of metabolism. FASEB J. 30(11):3669-3681
Schweizer U, Fradejas-Villar N
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(2017) Homozygous mutation in TXNRD1 is associated with genetic generalized epilepsy. Free Radic Biol Med. 106:270-277
Kudin AP, Baron G, Zsurka G, Hampel KG, Elger CE, Grote A, Weber Y, Lerche H, Thiele H, Nürnberg P, Schulz H, Ruppert AK, Sander T, Cheng Q, Arnér ES, Schomburg L, Seeher S, Fradejas-Villar N, Schweizer U, Kunz WS
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(2017) The RNA-binding protein Secisbp2 differentially modulates UGA codon reassignment and RNA decay. Nucleic Acids Res. 45(7): 4094-4107
Fradejas-Villar N, Seeher S, Anderson CB, Doengi M, Carlson BA, Hatfield DL, Schweizer U, Howard MT
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(2019) Ribosome profiling of selenoproteins in vivo reveals consequences of pathogenic Secisbp2 missense mutations. J Biol Chem. 294(39):14185-14200
Zhao W, Bohleber S, Schmidt H, Seeher S, Howard MT, Braun D, Arndt S, Reuter U, Wende H, Birchmeier C, Fradejas-Villar N, Schweizer U
