FOR 855: Cytoplasmic Regulation of Gene Expression
Final Report Abstract
Eine zentrale Frage in den Lebenswissenschaften ist, wie die Expression eukaryontischer proteincodierender Gene während der Entwicklung oder durch Umwelteinflüsse reguliert wird. Es wurde anfangs vermutet, dass die Bildung der mRNA der entscheidende Prozess bei der Regulation ist, wofür in der Tat auch viele Beispiele beschrieben wurden. Forschungsergebnisse der letzten Jahre haben aber eindrucksvoll belegen können, dass posttranskriptionelle Prozesse ebenfalls maßgeblich bei der Umsetzung der genetischen Information eine Rolle spielen. Unabhängig davon welche posttranskriptionellen Prozesse tatsächlich zum Tragen kommen, das Ergebnis ist immer eine Veränderung der Proteinbiosynthese, entweder direkt, durch die Regulation der Translation, oder indirekt, durch die Beeinflussung der mRNA-Stabilität und/oder -Lokalisation. Die DFG-Forschergruppe 855 „Cytoplasmic regulation of gene expression“ hatte als primäres Forschungsziel, posttranskriptionelle Regulationsphänomene an eukaryontischer mRNA durch die Kombination von biochemischen, genetischen, strukturbiologischen und systembiologischen Ansätzen zu untersuchen. Während sich die Gruppen Behrens, Eckmann, Fischer, Hentze, Ostareck/Ostareck-Lederer und Wahle auf die Analyse der Translationsregulation durch mRNA-bindende Proteine fokussierten, standen micro-RNA-vermittelte Vorgänge bei den Gruppen Izaurralde und Meister im Vordergrund der Forschung. Wie mRNAs in einer Zelle gezielt lokalisiert werden können und wie dies zu einer asymmetrischen Proteinsynthese beitragen kann, war der Forschungsfokus der Gruppen Hüttelmaier und Niessing. Schließlich wurden durch die Gruppen Gehring und Kulozik die molekularen Mechanismen der Qualitäts- und Stabilitäts-Kontrolle durch den Exon-Junction-Complex (EJC) untersucht. Bei sämtlichen untersuchten Prozessen standen die mRNA und deren Interaktion mit transagierenden Komponenten (Proteinen, RNAs oder RNPs) im Vordergrund. Daher bestand ein genereller Schwerpunkt der Forschergruppe in der Identifizierung, Isolierung und funktionellen Analyse von mRNPs, z. B. durch Affinitätsreinigung und massenspektrometrische Identifizierung ihrer Komponenten. Einen weiteren Schwerpunkt bildeten funktionelle und strukturelle Untersuchungen im Kontext der post-transkriptionellen Genregulation, wobei sowohl biochemische als auch genetische Ansätze angewandt wurden. Ein wesentliches Ziel der Forschergruppe 855 bestand darin, Kooperationen unter den beteiligten Gruppen zu fördern. Aufgrund der unterschiedlichen experimentellen Ausrichtung erfolgte in der FOR 855 der methodische Austausch auf sehr verschiedenen Gebieten, von der Röntgenstrukturanalyse über Biochemie bis hin zur Genetik. Die regelmäßigen und sehr intensiven Treffen der Forschergruppe dienten dazu, der Isolierung der über verschiedene Universitäten und Institute verstreuten Gruppen entgegenzuwirken und den Austausch von Informationen, Ideen und experimentellen Verfahren zu fördern. Nicht zuletzt hat die Forschergruppe zu einer verbesserten Ausbildung der beteiligten Doktoranden und Postdoktoranden beigetragen. Die gesetzten Ziele der Forschergruppe wurden in den meisten Bereichen erreicht bzw. übertroffen; nur in einigen Fällen haben sich die avisierten experimentellen Ansätze als nicht tragfähig erwiesen und wurden daher entsprechend dem FOR Kernthema modifiziert bzw. angepasst. Der wissenschaftliche Erfolg der Forschergruppe lässt sich gut an der Publikationsaktivität ihrer Mitglieder ablesen. Seit 2009, dem Beginn der zweiten Förderperiode, gab es mehr als 56 Publikationen (einschl. begutachteter Reviews), die direkt aus den Einzelprojekten hervorgegangen sind. Viele dieser Veröffentlichungen wurden in hochkarätigen Journalen publiziert, unter anderem in Cell, Mol. Cell, Cell Rep., diversen Nature-Journalen, EMBO J. und Genes&Dev.
Publications
- (2011), GW182 proteins recruit cytoplasmic deadenylase complexes to miRNA targets, Mol Cell 44:120-133
Braun JE, Huntzinger E, Fauser M, Izaurralde E
- (2011), Smaug assembles an ATP-dependent stable complex repressing nanos mRNA translation at multiple levels, EMBO J 30: 90-103
Jeske, M., Moritz, B., Anders, A., Wahle, E.
- (2011), Translational control via protein-regulated upstream open reading frames. Cell 145: 902-913
Medenbach J, Seiler M and Hentze MW
- (2012), CWC22 connects pre-mRNA splicing and exon junction complex assembly. Cell Rep 2, 454-461
Steckelberg AL, Boehm V, Gromadzka AM, and Gehring NH
(See online at https://doi.org/10.1016/j.celrep.2012.08.017) - (2012), IGF2BP1 promotes cell migration by regulating MK5 and PTEN signaling. Genes Dev 26, 176-189
Stohr, N., Kohn, M., Lederer, M., Glass, M., Reinke, C., Singer, R.H., and Huttelmaier, S.
(See online at https://doi.org/10.1101/gad.177642.111) - (2012), PABP and the poly(A) tail augment microRNA repression by facilitated miRISC binding. Nature Struc. Mol. Biol. 19: 603-608
Moretti F, Kaiser C, Zdanowicz-Specht A and Hentze MW
(See online at https://doi.org/10.1038/nsmb.2309) - (2013), Deletion of TOP3β, a component of FMRP-containing mRNPs, contributes to neurodevelopmental disorders. Nat Neurosci. 16(9):1228-1237
Stoll G, et al.
(See online at https://doi.org/10.1038/nn.3484) - (2013), GW182 proteins cause PABP dissociation from silenced miRNA targets in the absence of deadenylation, EMBO J 32:1052-1065
Zekri L, Kuzuoğlu-Öztürk D, Izaurralde E
(See online at https://doi.org/10.1038/emboj.2013.44) - (2013), In vitro reconstitution of an mRNA-transport complex reveals mechanisms of assembly and motor activation. J Cell Biol 203(6):971-984
Heym RG, Zimmermann D, Edelmann FT, Israel L, Ökten Z, Kovar DR, Niessing D
(See online at https://doi.org/10.1083/jcb.201302095) - (2013), Structure and assembly of the NOT module of the human CCR4-NOT complex, Nat Struct Mol Biol 20:1289–1297
Boland A, Chen Y, Raisch T, Jonas S, Kuzuoğlu-Öztürk D, Wohlbold L, Weichenrieder O, Izaurralde E
(See online at https://doi.org/10.1038/nsmb.2681) - (2013), Structure of the PAN3 Pseudokinase Reveals the Basis for Interactions with the PAN2 Deadenylase and the GW182 Proteins, Mol Cell 51:360-373
Christie M, Boland A, Huntzinger E, Weichenrieder O, Izaurralde E
(See online at https://doi.org/10.1016/j.molcel.2013.07.011) - (2014), A DDX6-NOT1 complex and W-binding pockets in CNOT9 reveal direct links between miRNA target recognition and silencing, Mol Cell 54:737-750
Chen Y, Boland A, Kuzuoğlu-Öztürk D, Bawankar P, Loh B, Chang CT, Weichenrieder O, Izaurralde E
(See online at https://doi.org/10.1016/j.molcel.2014.03.034) - (2014), Structural basis for the Nanos-mediated recruitment of the CCR4-NOT complex and translational repression, Genes Dev 28:888–901
Bhandari D, Raisch T, Weichenrieder O, Jonas S, Izaurralde E
(See online at https://doi.org/10.1101/gad.237289.113)
