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Structure-function analysis of mRNA metabolism by Ccr4-Not

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Von der mRNA-Synthese zum mRNA-Abbau: Ein gekoppelter Prozess

Die eukaryotische Genexpression ist in allen Phasen - von der DNA-Transkription bis zum mRNA-Abbau - streng reguliert. Einblicke in den Mechanismus sollen nun für die Medizin- und Arzneimittelforschung neue Möglichkeiten eröffnen.

Grundlagenforschung
Gesundheit

Neuere Studien zeigen, dass mRNA-Synthese und –abbau eng gekoppelt sind. Die meisten Proteine ​​ initiieren nur einen einzelnen Schritt im mRNA-Lebenszyklus, die Multi-Untereinheit Ccr4-Not-Komplex hingegen kontrolliert die Genexpression auf allen Stufen. Eine neuere Studie geht nun von einer physikalischen Interaktion zwischen Ccr4-Not und RNA-Polymerase II (Pol II) aus. Um dies zu untersuchen, führte das EU-finanzierte Projekt POL2-CCR (Structure-function analysis of mRNA metabolism by Ccr4-Not) mittels Kryo-Elektronenmikroskopie (Kryo-EM) eine Strukturfunktionsanalyse von Pol II-Ccr4-Not durch. Zunächst wurde hierfür der Kryo-EM-Workflow für Pol II-Proben optimiert, um Auflösung und Bildqualität zu verbessern. Mit spezieller Software wurden dann gut definierte, hochauflösende Pol II-Strukturen ohne Rekonstruktionsartefakte erzeugt. Ein Screening verschiedener Ccr4-Not-Komplexe für die Pol II-Bindung ergab, dass sich die Bindungsschnittstelle am Nukleasemodul des Komplexes befindet. Zudem wurde bei unterschiedlichen potenziellen Substrat-mRNAs getestet, wie sie die dreidimensionale Struktur des Ccr4-Not-Pol-II-Komplexes stabilisieren und die hochauflösende Strukturbestimmung mit Kryo-EM vereinfachen. Die Dichte von Ccr4-Not auf Pol II reichte jedoch für interpretierbare Bilder nicht aus. Im nächsten Schritt wurden weitere biochemische und funktionelle Daten erzeugt, um besser geeignete mRNA Ccr4-Not Pol II-Komplexe zu generieren. Die Projektpartner untersuchten auch die Kopplung von Transkriptions- und Translationsprozessen bei Bakterien. Die Kryo-EM-Bilder zeigten die Struktur des Transkriptions-Translations-Komplexes, die Pol-II-Position und die kritischen Regionen der Interaktion. Damit wurde der Mechanismus geklärt, der für die direkte Genexpressionskontrolle über koordinierte Transkription und Translation zuständig ist. Insgesamt belegte POL2-CCR die konservierte Kopplung von Transkription und Translation, die die Genexpression koordiniert und dafür sorgt, dass sich Bakterien Umweltveränderungen anpassen und auf zelluläre Signale reagieren können.

Schlüsselbegriffe

MRNA, Ccr4-Not, RNA-Polymerase, POL2-CCR, Kryo-Elektronenmikroskopie

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28 März 2022