Dokument: Die regulatorische Funktion von ULK1 in der humanen U-snRNP-Biogenese

Titel:	Die regulatorische Funktion von ULK1 in der humanen U-snRNP-Biogenese
Weiterer Titel:	The regulatory fuction of ULK1 in human U snRNP biogenesis
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=46271
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20180619-091743-7
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	M.Sc. Schmitz, Katharina [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 9,72 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 18.06.2018 / geändert 18.06.2018
Beitragende:	Prof. Dr. Wesselborg, Sebastian [Gutachter] Prof. Dr. Heise, Henrike [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Das Prä-mRNA-Spleißen wird in Eukaryoten durch das Spleißosom katalysiert. Dieser Multimegadalton-Komplex besteht aus mehreren uridine-rich small nuclear ribonucleoprotein particles (U-snRNPs). Ein U-snRNP wird zusammensetzt aus einer für das jeweilige U-snRNP spezifischen Uridin-snRNA, einem für alle U-snRNPs gemeinsamen Satz aus sieben Sm-Proteinen und weiteren Uridin-spezifischen Proteinen. Der Zusammenbau des Spleißosoms ist hoch reguliert durch posttranslationale Modifikationen wie Proteinmethylierung und -phosphorylierung. Dem assembly chaperone pICln kommt in diesem System eine besondere Schlüsselrolle zu, da es zum einen die Sm-Proteine für die Methylierung zur Protein-Arginin-Methyltransferase 5 (PRMT5) rekrutiert und zum anderen eine stabile Ringstruktur mit den Sm-Proteinen D1, D2, F, E und G bildet, wobei pICln mit SmD1 und SmG direkt interagiert. Letztere wird auch als 6S-Komplex bezeichnet und repräsentiert ein stabiles Zwischenprodukt, welches die Übertragung der Sm-Proteine auf den SMN-Komplex inhibiert. Der SMN-Komplex katalysiert in der späten Phase der U-snRNP-Biogenese den Transfer der Sm-Proteine auf die U-snRNA, um das reife U-snRNP zu bilden. Somit ist die Öffnung des 6S-Rings für die fortlaufende Biogenese-Reaktion essenziell. Der molekulare Mechanismus und die in diesen Vorgang involvierten regulatorischen Elemente waren bisher unerforscht. Die Serin/Threonin-Kinase Unc-51-like kinase 1 (ULK1) war bislang hauptsächlich in der Regulation der Autophagie bekannt, obwohl frühere Daten ihr zudem eine Rolle in der neuronalen Differenzierung und axonalen Elongation zugeschrieben haben. In der vorliegenden Arbeit konnte ULK1 als Regulator der U-snRNP-Biogenese identifiziert und charakterisiert werden. ULK1 interagiert mit dem Methylosom, bestehend aus PRMT5, dem Methylosom-Protein 50 (WD45) und pICln, wobei diese Interaktion unabhängig von der C-terminalen Domäne von ULK1 und unabhängig von der Autophagie erfolgt. ULK1 ist demnach Teil eines weiteren, 400–600 kDa großen, Autophagie-unabhängigen Komplexes in vivo und phosphoryliert darüber hinaus die Methylosom-Untereinheit pICln an den Serinen 193, 195 und 197 im C-terminalen Bereich. Infolgedessen wird die Stabilität des 6S-Komplexes durch eine verringerte Affinität von pICln zu SmG beeinflusst, wodurch sich die Ringstruktur öffnet. Die Inhibition von ULK1 resultiert in einer Akkumulation des 6S-Intermediats und gleichzeitiger Reduktion der spleißosomalen Aktivität. Mit ULK1 konnte demnach der bislang unbekannte Faktor identifiziert werden, der durch Phosphorylierung von pICln den stabilen 6S-Ring auflöst und folglich die Synthese der U-snRNPs fundamental reguliert und stimuliert. In der spinalen Muskelatrophie (SMA), welche durch die Degeneration der α-Motoneurone im Rückenmark charakterisiert ist, sind durch Mutation im SMN-Gen die U-snRNP-Biogenese und das mRNA-Spleißen beeinträchtigt. In D. rerio-Embryos führt ein Knockdown sowohl von SMN, aber auch von pICln, zu einem SMA-Phänotyp. Möglicherweise spielt neben SMN und pICln das Protein ULK1 in der spinalen Muskelatrophie ebenfalls eine entscheidende Rolle, so dass die Aktivierung dieser Kinase und die daraus resultierende Stimulation der U-snRNP-Biogenese über pICln einen potenziellen Ansatzpunkt zur Behandlung dieser neuromuskulären Erkrankung bietet. Pre-mRNA splicing in eukaryotes is catalyzed by the spliceosome, a multimegadalton complex consisting of several uridine-rich small nuclear ribonucleoprotein particles (U snRNPs). U snRNP particles are composed of a specific uridine snRNA for each U snRNP, a set of seven Sm proteins common to all U snRNPs and further uridine-specific proteins. The assembly of the spliceosome is highly regulated by post-translational modifications such as protein methylation and phosphorylation. In this system the assembly chaperone pICln plays a key role: it recruits the Sm proteins for methylation to the protein arginine methyltransferase 5 (PRMT5) and it also builds a stable ring structure with the Sm proteins D1, D2, F, E and G, in which pICln interacts directly with SmD1 and SmG. The latter is also known as the 6S complex and represents a stable intermediate which inhibits the transfer of Sm proteins to the SMN complex. In the late phase of the U snRNP assembly, the SMN complex catalyzes the transfer of the Sm proteins to the U snRNA to form the mature U snRNP. For the consecutive biogenesis reaction, the opening of the 6S ring is essential. The molecular mechanism and the regulatory elements involved in this process are so far unknown. To date, the serine/threonine kinase Unc-51-like kinase 1 (ULK1) was mainly known for its involvement in the regulation of autophagy, although earlier data also attributed its role in neuronal differentiation and axonal elongation. In the present work, ULK1 could be identified and characterized as a regulator of U snRNP biogenesis. It could be shown that ULK1 interacts independently of its C-terminal domain with the methylosom, consisting of PRMT5, the methylosom protein 50 (WD45) and pICln. This interaction is independent of autophagy. ULK1 is therefore part of another, 400–600 kDa, autophagy-independent complex in vivo and furthermore phosphorylates the methylosom subunit pICln at the serines 193, 195 and 197 within the C-terminal region. As a result, the stability of the 6S complex is influenced by a reduced affinity of pICln to SmG and this leads to opening of the ring structure. Inhibition of ULK1 results in accumulation of the 6S intermediate and concomitant reduction in spliceosomal activity. With ULK1 a so far unknown factor could be identified, which dissolves the stable 6S ring by phosphorylation of pICln and thus fundamentally regulates and stimulates the synthesis of U snRNPs. In spinal muscular atrophy (SMA), which is characterized by degeneration of the α motor neurons, mutation in the SMN gene impairs U snRNP biogenesis and mRNA splicing. In D. rerio embryos, a Knockdown of both SMN and pICln causes an SMA phenotype. In addition to SMN and pICln, the ULK1 protein may also play a critical role in spinal muscular atrophy. Hence, the activation of this kinase and the resulting stimulation of the U snRNP biogenesis via pICln provides a potential starting point for treating this neuromuscular disease.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Medizinische Fakultät » Institute » Institut für Molekulare Medizin
Dokument erstellt am:	19.06.2018
Dateien geändert am:	19.06.2018
Promotionsantrag am:	06.03.2018
Datum der Promotion:	07.06.2018