Strukturelle und funktionale Charakterisierung eines SKI-Subkomplexes in Saccharomyces cerevisiae

• Antragsteller: Professor Dr. Roland Beckmann
• Fachliche Zuordnung: Strukturbiologie ; Biochemie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 390891884

Die mRNA-Homöstase ergibt sich aus einem Gleichgewicht zwischen Synthese und Abbau der mRNA. Im Normalfall beginnt der Abbau mit der Deadenylierung des Poly(A)-Schwanzes, danach folgt Decapping und Xrn1-abhängiger 5'-3'-Abbau. Dieser Abbauweg erfolgt kotranslational (Pelachano et al., 2015 Cell). Ein zweiter 3'-5'-Abbauweg erfolgt durch das zytoplasmatische Exosom und seinen Co-Faktor, den SKI-Komplex . Letzerer ist obendrein ein wichtiger Faktor beim translationabhängigen Abbau aberranter mRNAs, wie z. B. mRNAs ohne STOP-Codon (Non-Stop-Decay; NSD) oder mRNAs, auf denen Ribosomen blockiert sind (No-Go Decay; NGD). Wir (Partner 1 & 2) haben in Zusammenarbeit mit der Gruppe von Elena Conti biochemisch und mit Hilfe hochauflösender Kryo-Elektronenmikroskopie einen direkten physischen Kontakt zwischen dem SKI-Komplex und dem 80S- Ribosom belegt (Schmidt et al., 2016, Science). Die Struktur des 80S-SKI-Komplexes zeigt, dass SKI an die kleine ribosomale Untereinheit nahe der mRNA-Eintrittsstelle bindet, und dabei auch mit dem 3'-Ende der mRNA interagiert . Weiterhin zeigen wir Präferenz des SKI-Komplexes für Ribosomen mit kurzen mRNA-3'-Überhängen. Diese Ergebnisse untermauern die Beteiligung des SKI-Ribosomen-Komplexes beim Abbau von aberranten mRNAs, überraschen jedoch im Hinblick auf die wohlbekannten Rolle des SKI-Komplexes im normalen 3'-5'-mRNA-Zerfall. Denn hierfür weiß man, dass der SKI-Exosom-Komplex die mRNA nach der Deadenylierung der in der Regel am ribosom-freien 3'-UTR beginnend abbaut. Ziel dieses Antrags ist, dieses scheinbare Paradoxon aufzulösen. Vor kurzem haben wir den Faktor Ska1 (SKI-assoziierter Faktor 1) als Bestandteil des SKI-Komplexes identifiziert und können zeigen, dass Ska1 unabhängig vom Ribosom mit dem SKI-Komplex assoziiert ist. Wir vermuten daher, dass der SKI-Komplex in mindestens zwei verschiedenen biochemischen Umgebungen existieren kann, nämlich in ribosomengebundener Form oder im Komplex mit Ska1. Im Einklang damit zeigen vorläufige funktionalen Daten, dass Ska1 für den effizienten Abbau der 3'-UTR einer Reporter-mRNA erforderlich ist. Andrerseits hat der Knockout von Ska1 keinen Einfluss auf NSD, einen mRNA-Abbauweg, der neben dem SKI-Komplex auch von der Translation abhängig ist.Wir schlagen ein Modell vor, gemäß dem der Exosom-SKI-Komplex zusammen mit Ska1 die ribosomenfreie 3'-UTR abzubaut, bis die kodierende Region der mRNA erreicht wird. Dort trifft der Komplex auf Ribosomen und Ska1 dissoziiert, was eine direkte Interaktion zwischen dem SKI-Komplex und dem Ribosom zu erlaubt, welche ist offenbar für die weitere Abbauaktivität des SKI-Exosom-Komplexen erforderlich ist.Wir schlagen hier ein neues Projekt vor mit dem Ziel, den ribosomen- sowie den Ska1-assoziierten SKI-Komplex biochemisch, strukturell und funktionell durch Anwendung genetischer und genomweiter Screens, Affinitätsreinigung, Massenspektrometrie und Kryo-Elektronenmikroskopie näher zu charakterisieren, und unser Modell zu testen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Kooperationspartnerin: Professorin Dr. Micheline Fromont-Racine