Mechanismen der Substratselektivität des RNA-Exosoms im Zellkern.

• Antragstellerin: Dr. Cornelia Kilchert
• Fachliche Zuordnung: Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 398198708

• Erstellungsjahr: 2025

Zusammenfassung der Projektergebnisse

RNA übermittelt die DNA-kodierte genetische Information, die im Zellkern in Form von Chromatin gespeichert ist, an den Proteinbiosyntheseapparat im Zytoplasma der Zelle. Zwar wird ein erheblicher Teil eukaryotischer Genome zu RNA transkribiert, es sind allerdings bei weitem nicht alle dieser Transkripte auch funktionell. In gesunden Zellen wird solche RNA, die durch allgegenwärtige Transkription des Genoms entsteht, rasch abgebaut. Die RNA wird dabei von nuklearen Überwachungssystemen erkannt, deren Aufgabe es ist, die Anhäufung dysfunktionaler RNA-Spezies und deren Eintritt in das Zytoplasma verhindern. Das nukleare RNA-Exosom, ein hochkonservierter, ribonukleolytischer Multiproteinkomplex, spielt in dieser RNA-Qualitätskontrolle eine zentrale Rolle. Es beseitigt nicht-kodierende RNAs und fehlerhafte Transkripte und kooperiert dabei mit Signalwegen, die sicherstellen, dass nur korrekt verarbeitete Transkripte vom Chromatin freigesetzt und aus dem Zellkern exportiert werden. Die Fähigkeit des Exosoms, seine Substrate zuverlässig zu identifizieren, ist grundlegend für seine regulatorischen Funktionen und für die Zellgesundheit unerlässlich. Ziel dieses Projekts war es, zusätzliche Faktoren zu identifizieren, die die Substratspezifität des Exosomkomplexes bestimmen, sowie Regulatoren auszumachen, die die Aktivität verschiedener nuklearer Überwachungssysteme koordinieren. Wir haben dafür einen komparativen proteomischen Ansatz eingesetzt, der auf der RNA-Interactome-Capture-Technik basiert. Diese Methode ermöglichte es uns, im einzelligen eukaryotischen Modellorganismus Schizosaccharomyces pombe RNA-bindende Proteine zu identifizieren, die bevorzugt mit RNAs assoziieren, die von nuklearen Überwachungssystemen erkannt werden. Unser Ziel war es, solche Proteine zu identifizieren, die entweder RNA-Substrate zum Exosom rekrutieren oder eine Rolle bei der Retention von RNA im Zellkern spielen. Unter den identifizierten Proteinen befand sich unter anderem das Zink-Finger-Protein Mub1. Weiterführende Untersuchungen ergaben, dass Mub1 eine Rolle bei der Aufrechterhaltung der niedrigen Konzentrationen einer definierten Untergruppe von Exosom-RNA-Substraten spielt, insbesondere von Produkten stressinduzierter Gene. Ein weiterer Faktor, den wir mit dem Abbau von Exosom- Substraten in Verbindung bringen konnten, ist ein Chromatin-Remodeller der SNF2-Familie, der an der Unterdrückung von Genprodukten beteiligt ist, die von Retrotransposons stammen. Schließlich fanden wir Hinweise darauf, dass die nukleare Retention von Exosom- Substraten mit einer ineffizienten Freisetzung des 3'-End-Prozessierungskomplexes nach der Polyadenylierung verbunden ist. Mit einer Kombination aus vergleichender Protein- Interaktom-Untersuchung, Chromatin-Interaktionsstudien und Fluoreszenzmikroskopie identifizierten wir die DEAD-box ATPase Dbp2 als die aktive Komponente des RNP- Assemblierungs-Checkpoints am 3'-Ende der Gene, die diese Freisetzung vermittelt.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• From parts lists to functional significance—RNA–protein interactions in gene regulation. WIREs RNA, 11(3).
  Kilchert, Cornelia; Sträßer, Katja; Kunetsky, Vladislav & Änkö, Minna‐Liisa
  
• RNA Exosomes and Their Cofactors. Methods in Molecular Biology, 215-235. Springer New York.
  Kilchert, Cornelia
  
• System-wide analyses of the fission yeast poly(A) + RNA interactome reveal insights into organization and function of RNA–protein complexes. Genome Research, 30(7), 1012-1026.
  Kilchert, Cornelia; Kecman, Tea; Priest, Emily; Hester, Svenja; Aydin, Ebru; Kus, Krzysztof; Rossbach, Oliver; Castello, Alfredo; Mohammed, Shabaz & Vasiljeva, Lidia
  
• RNA-binding protein Mub1 and the nuclear RNA exosome act to fine-tune environmental stress response. Life Science Alliance, 5(2), e202101111.
  Birot, Adrien; Kus, Krzysztof; Priest, Emily; Al Alwash, Ahmad; Castello, Alfredo; Mohammed, Shabaz; Vasiljeva, Lidia & Kilchert, Cornelia
  
• RNA–Protein Interactomics. Protein Interactions, 271-291. Wiley.
  Kilchert, Cornelia
  
• A census of RNA-dependent proteins in yeast.
  Wäber, Nadine Bianca; Seidler, Johanna; Thelen, Fabienne; Timm, Thomas; Lochnit, Günter; Sträßer, Katja & Kilchert, Cornelia
  
• DEAD-box ATPase Dbp2 is the key enzyme in an mRNP assembly checkpoint at the 3’-end of genes and involved in the recycling of cleavage factors. Nature Communications, 15(1).
  Aydin, Ebru; Schreiner, Silke; Böhme, Jacqueline; Keil, Birte; Weber, Jan; Žunar, Bojan; Glatter, Timo & Kilchert, Cornelia
  
• DSIF factor Spt5 coordinates transcription, maturation and exoribonucleolysis of RNA polymerase II transcripts. Nature Communications, 16(1).
  Kuś, Krzysztof; Carrique, Loic; Kecman, Tea; Fournier, Marjorie; Hassanein, Sarah Sayed; Aydin, Ebru; Kilchert, Cornelia; Grimes, Jonathan M. & Vasiljeva, Lidia