Strukturanalyse der Assemblymaschinerie spleißosomaler U snRNPs

• Antragsteller: Professor Dr. Utz Fischer; Professor Dr. Michael Sattler
• Fachliche Zuordnung: Strukturbiologie
• Förderung: Förderung von 2008 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 91932152

Ein wichtiger Schritt bei der Reifung eukaryontischer prä-mRNAs ist das Herausschneiden nicht-kodierender Sequenzabschnitte (Introns) und das präzise Zusammenfügen kodierender Sequenzen (Exons). Dieser als Spleißen bezeichnete Vorgang wird durch das Spleißosom katalysiert. Hauptbestandteile dieser makromolekularen Maschine sind Uridyl-reiche, kleine nukleäre Ribonukleoproteine (UsnRNPs), die wichtige Funktionen einschließlich der Identifizierung der Introns und der Ausbildung des katalytischen Zentrums ausüben. Jedes UsnRNP besteht einerseits aus einem einzigartigen Satz von Proteinen, die definierte Funktionen beim Spleißen ausüben. Andererseits enthalten UsnRNPs aber auch gemeinsame Sm-Proteine, die Bestandteil des strukturellen Grundgerüsts dieser Partikel sind. Die Ausbildung dieses Sm Cores, erfolgt in vitro spontan, ist aber ein regulierter und assistierter Prozess in vivo. Dieser beginnt mit dem Export der neu synthetisierten UsnRNA aus dem Kern und ihrer Zusammenlagerung mit den Sm-Proteinen im Zytoplasma. Das so gereifte RNP-Partikel wandert anschließend in den Zellkern, wo es der Spleiß-Maschinerie zur Verfügung steht. Die Arbeitsgruppen Dreyfuss und Fischer haben eine komplexe Maschinerie entdeckt, die den Zusammenbau der UsnRNPs in vivo vermittelt. Diese Maschinerie besteht aus mindestens 12 Proteinen, die in den SMN- und PRMT5- Komplexen organisiert sind. Der SMN-Komplex lädt die Sm-Proteine auf die UsnRNA und agiert daher als UsnRNP-Assembler. Der PRMT5-Komplex, und hier speziell dessen Untereinheit pICln, vermittelt Prozesse, die dem RNP-Zusammenbau vorgeschaltet sind. pICln stellt in diesem Zusammenhang ein Assembly-Chaperon dar, welches Sm Proteine zu höhergeordneten Intermediaten (6S Komplex und pICln-D3/B) zusammenfügt und diese für den Transfer zum SMN-Komplex bereitstellt. In der letzten Antragsphase haben wir zwei Strukturen von Schlüsselintermediaten der Assembly-Maschinerie auf atomarer Ebene lösen können. Die Kristallstruktur des 6S-Intermediates lässt erkennen, dass pICln ein Sm-Protein imitiert, und so die topologische Organisation von fünf Sm Proteinen zu einem geschlossenen Ring induziert. Die Kristallstruktur eines 8S-Intermediates, das alle Komponenten des 6S-Komplexes sowie zwei Schlüsselkomponenten des SMN-Komplexes (SMN und Gemin2) enthält, erlaubte wichtige mechanistische Einblicke in die Aktivierung der Sm-Proteine durch die Eliminierung von pICln. Im beantragten Projekt möchten wir unsere begonnen Strukturuntersuchungen weiter führen. Hierbei wird die Strukturanalyse des gesamten SMN-Komplexes sowie dessen dynamisches Verhalten beim UsnRNP-Assembly im Vordergrund stehen. Darüber hinaus wollen wir erste strukturbiologische Einblicke in die Genese des 6S-Intermediates am PRMT5-Komplex erhalten. Die im Rahmen unserer Arbeiten erhofften Ergebnisse werden einen detaillierten Einblick in die Schlüsselschritte des UsnRNP-Assemblies in vivo ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr. Clemens Grimm