Die Universalität des ribosomalen Dreistellen-Models und nicht-kanonische Translationsfaktoren: Untersuchung ihrer Funktionen und Strukturanalyse durch Kryo-EM
Zusammenfassung der Projektergebnisse
1: Wir haben biochemisch und mittels Kryo-EM die E-Stelle in mitochondrialen Ribosomen aus Säugetierzellen nachgewiesen und damit eine Vermutung amerikansicher Kollegen widerlegt, dass mitochondriale Ribosomen nur zwei tRNA Bindestellen aufweisen. Damit wurde die Universalität des ribosomalen Dreistellen-Modells nachgewiesen. 2: Wir haben den von uns endeckten Translationsfaktor EF4, der in allen Bakterien und Organellen (Mitochondrien, Chloroplasten) vorkommt, weiter charakterisieren können und damit seine Funktion aufgeklärt. EF4 wird bei ungestörtem Wachstum in großen Mengen in der Membran gespeichert, bei Ionenstreß oder tiefen Temepraturen ins Cytoplasma entlassen, wo er eine Blockade der Ribosomen durch hohe Mg2+ Konzentrationen in der Zelle verhindert und damit die Translation unter diesen ungünstigen Bedingngne sicher stellt. 3: In Bakterien haben wir einen weiteren universellen Translationsfaktor YbeB entdeckt, der für ein altbekanntes Phänomen verantwortlich ist: Die Aktivität der Ribosomen ist in der stationären Wachstumsphase stark eingeschränkt und muß ebenfalls bei einem Übergang von reichem zu armem Medium heruntergefahren werden. Das bewirkt der neue Faktor, den wir deshalb in Ribosomal silencing factor RsfS umbenannt haben. Der Faktor bindet an L14, ein universelles Protein der großen ribosomalen Untereinheit, und hemmt die ribosomale Aktivität, in dem er die Assoziation von ribosomalen Untereinheiten verhindert und eine Dissoziation von 70S Ribosomen in die Untereinheiten auslöst. 4: Im Rahmen der Spahn-Nierhaus Kooperation haben wir ein über viele Jahre laufendes Projekt zum Erfolg geführt: die Strukturaufklärung des 70S•tmRNA Komplexes zusammen mit einem gebundenen Elongationsfaktor EF-G. Wichtige Erkenntnisse wurden gewonnen, indem wir folgende Fragen beantworten konnten: wie binden diese beiden großen Liganden an das Ribosom um die ribosomale A-Stelle, wie gelangt das mRNA Modul der tmRNA in den ribosomalen mRNA-Kanal, welche Konformation nimmt das Ribosom unmittelbar vor dem Erreichen des post-translokationalen Zustandes ein?
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2008): A new tRNA intermediate revealed on the ribosome during EF4-mediated back-translocation. Nat. Struct. Mol. Biol. 15: 910-915
Connell S.R., Topf M., Qin Y., Wilson D.N., Mielke T., Fucini P., Nierhaus K.H., Spahn C.M.
- (2010): Unusual Features of the Unusual Ribosomal Elongation Factor EF4 (LepA). Isr. J. Chem. 50 : 117-125
Pech M., Yamamoto H., Karim Z., Nierhaus K.H.
- (2011): Elongation factor 4 (EF4/LepA) accelerates protein synthesis at increased Mg2+ concentrations. Proc Natl Acad Sci USA 108: 3199-3203
Pech M., Karim Z., Yamamoto H., Kitakawa M., Qin Y., Nierhaus K.H.
- (2012): RsfA (YbeB) proteins are conserved ribosomal silencing factors. PLoS Genetics e1002815
Häuser R., Pech M., Kijek J., Yamamoto H., Titz B., Naeve F., Tovchigrechko A., Yamamoto K., Szaflarski W., Tekeuchi N., Stellberger T., Diefenbacher M.E., Nierhaus, K.H., Uetz P.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1002815) - (2012): The complex of tmRNA-SmpB and EF-G on translocating ribosomes. Nature 485: 526-529
Ramrath D.J., Yamamoto H., Rother K., Wittek D., Pech M., Mielke T., Loerke J., Scheerer P., Ivanov P., Teraoka Y., Shpanchenko O., Nierhaus K.H., Spahn C.M.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1038/nature11006)
