FOR 967: Functions and mechanisms of ribosomal tunnel exit ligands (RTeLs)
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Innerhalb der zehn Jahre vor dem Start der Forschergruppe 967 hat sich das Ribosom neben seiner Funktion in der Proteinbiosynthese als Plattform für die Interaktion mit den verschiedensten Bindungspartnern gezeigt, die an der Modifikation, Faltung, Membraninsertion und Translokation, sowie auch Degradation von naszierenden Polypeptidketten beteiligt sind. Einige Projektleiter der FOR 967 waren maßgeblich an der Identifizierung dieser Interaktionspartner beteiligt. Darüber hinaus fielen in diesen Zeitraum auch die Aufklärung der Struktur des 70S Ribosoms auf atomarer Ebene durch die Chemie-Nobelpreisträger des Jahres 2009 V. Ramakrishnan, T. Steitz und A. Yonath sowie die Etablierung einer Reihe von neuen Methoden für die strukturelle und funktionelle Charakterisierung von ribosomalen Liganden. Daher war es das erklärte Ziel der FOR 967, in gemeinsamer Anstrengung Struktur, Funktion und Mechanismus verschiedener ribosomaler Liganden in unterschiedlichen Systemen aufzuklären. Dadurch sollten fundamentale Erkenntnisse gewonnen werden, wie neu-synthetisierte lösliche und membranständige Proteine in verschiedenen Kompartimenten pro- und eukaryotischer Zellen ihre dreidimensionale Struktur erhalten. Darüber hinaus sollten Einblicke in Kinetik, Regulation und Koordination dieser Prozesse erarbeitet werden. Einer der international sichtbaren Meilensteine der ersten Förderperiode besteht zweifellos in der Aufklärung der 3D-Organisation von 70S Polysomen durch cryo-Elektronentomographie, der in der zweiten Förderperiode um die entsprechenden Daten für cytosolische sowie auch ER-gebundene 80S Polysomen erweitert werden konnte. Diese Daten gewährten erste Einblicke in die Mechanismen wie die räumliche Anordnung der einzelnen Ribosomen zur Aggregationsminimierung der naszierenden Polypeptidketten sowie auch ihrer optimalen Zugänglichkeit für ribosomale Liganden des Cytosols bzw. der ER-Membran beiträgt. Als weitere Meilensteine seien hier unsere Befunde zur Überlappung der Bindungsstellen unterschiedlicher Liganden am Ribosom, sowie erste Einblicke zur Kinetik, Regulation und Koordination ihrer Interaktionen genannt, sowie auch völlig überraschende Bezüge zur mRNA-Qualitätskontrolle und zur zellulären Calciumhomöostase. Darüber hinaus wurden in der gesamten Förderungszeit vor allem auch unter Beteiligung von Mitgliedern der FOR 967 weitere ribosomale Liganden entdeckt, was zur Erhöhung der Zahl der Liganden seit Beginn der Forschergruppe von 33 auf 44 beitrug (ohne Berücksichtigung der Pflanzen).
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2009) The Native 3D Organization of Bacterial Polysomes. Cell 136, 261-271
Brandt, F., Etchells, S.A., Ortiz, J.O., Elcock, A.H., Hartl, F.U., Baumeister, W.
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(2010) BiP modulates the affinity of its co-chaperone ERj1 to ribosomes. J. Biol. Chem. 285, 36427-36433
Benedix, J., Lajoie, P., Jaiswal, H., Burgard, C., Greiner, M., Zimmermann, R., Rospert, S., Snapp, E.L., Dudek, J.
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(2010) Cooperation of stop-transfer and conservative sorting mechanisms in biogenesis of mitochondrial ABC transporter. Current Biol. 20, 1227-1232
Bohnert, M., Rehling, P., Guiard, B., Herrmann, J.M., Pfanner, N., van der Laan, M.
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(2010) Coupled chaperone action in folding and assembly of hexadecameric Rubisco. Nature 463, 197-202
Liu, C., Young, A.L., Starling-Windhof, A., Bracher, A., Saschenbrecker, S., Rao, B.V., Rao, K.V., Berninghausen, O., Mielke, T., Hartl, F.U., Beckmann, R., Hayer-Hartl M.
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(2010) Ribosome binding proteins Mdm38 and Mba1 display overlapping functions for regulation of mitochondrial translation. Mol. Biol. Cell 21, 1937-1944
Bauerschmitt, H., Mick, D.U., Deckers, M., Vollmer, C., Funes, S., Kehrein, K., Ott, M., Rehling, P., Herrmann, J.M.
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(2010) The C terminus of the Alb3 membrane insertase recruits cpSRP43 to the thylakoid membrane. J. Biol. Chem. 285, 5954-5962
Falk, S., Ravaud, S., Koch, H.-G., Sinning, I.
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(2010) The three-dimensional organization of polyribosomes in intact human cells. Mol Cell 39, 560-569
Brandt, F., Carlson, L.A., Hartl, F.U., Baumeister, W., Grünewald, K.
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(2011) Interaction of calmodulin with Sec61α limits Ca2+ leakage from the endoplasmic reticulum. EMBO J. 30, 17-31
Erdmann, F., Schäuble, N., Lang, S., Jung, M., Honigmann, A., Mazen, A., Dudek, J., Benedix, J., Harsman, A., Kopp, A., Helms, V., Cavalie, A., Wagner, R., Zimmermann R.
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(2011) Mdm38 is a 14-3-3-like receptor and associates with the protein synthesis machinery at the inner mitochondrial membrane. Traffic 12, 1457-1466
Lupo, D., Vollmer, C., Deckers, M., Mick, D.U., Tews, I., Sinning, I., Rehling, P.
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(2011) Selective ribosome profiling reveals the cotranslational chaperone action of trigger factor in vivo. Cell 147, 1295-1308
Oh, E., Becker, A.H., Sandikci, A., Huber, D., Chaba, R., Gloge, F., Nichols, R.J., Typas, A., Gross, C.A., Kramer, G., Weissman, J.S., Bukau, B.
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(2011) Signal-sequence-independent SRP-SR complex formation at the membrane suggests alternative targeting pathway within the SRP cycle. Mol. Biol. Cell 22, 2309-2323
Braig, D., Mircheva, M., Sachelaru, I., van der Sluis, E.O., Sturm, L., Beckmann, R., Koch H-G.
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(2012) DnaK functions as a central hub in the E. coli chaperone network. Cell Rep. 1, 251-264
Calloni, G., Chen, T., Schermann, S.M., Chang, H.C., Genevaux, P., Agostini, F., Tartaglia, G.G., Hayer-Hartl, M., Hartl, F.U.
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(2012) Oxa1-ribosome complexes coordinate the assembly of cytochrome c oxidase in mitochondria. J. Biol. Chem. 287, 34484-34493
Keil, M., Bareth, B., Woellhaf, M.M., Peleh, V., Prestele, M. Rehling, P., Herrmann, J.M.
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(2012) The mitochondrial Oxidase Assembly Protein 1 (Oxa1) insertase forms a membrane pore in lipid bilayers. J. Biol. Chem. 287, 33314-33326
Krüger, V., Deckers, M., Hildenbeutel, M., van der Laan, M., Hellmers, M., Dreker, C., Preuss, M. Herrmann, J.M., Rehling, P., Wagner, R., Meinecke, M.
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(2013) Dynamic enzyme docking to the ribosome coordinates N-terminal processing with polypeptide folding. Nat. Struct. Mol. Biol, 20, 843-850
Sandikci, A., Gloge, F., Martinez, M., Mayer, M.P., Wade, R., Bukau, B., Kramer, G.
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(2013) Structural characterization of a eukaryotic chaperone - the ribosome-associated complex. Nat. Struct. Mol. Biol. 20, 23-28
Leidig, C., Bange, G., Kopp, J., Amlacher, S., Aravind, A., Wickles, S., Witte, G., Hurt, E., Beckmann, R., Sinning I.
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(2014) Inefficient SRP interaction with a nascent chain triggers a mRNA quality control pathway. Cell 156, 146-157
Karamyshev, A.L., Patrick, A.E., Karamysheva, Z.N., Griesemer, D., Hudson, H., Tjon-Kon-Sang, S., Nilsson, I.M., Otto, H., Liu, Q., Rospert, S., von Heijne, G., Johnson, A.E., Thomas P.J.
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(2014) Structure of the mammalian oligosaccharyl-transferase in the native ER protein translocon. Nature Commun 5, 3072
Pfeffer, S., Dudek, J., Gogala, M., Schorr, S., Linxweiler, J., Lang, S., Becker, T., Beckmann, R., Zimmermann, R., Förster, F.
