Dokument: Deciphering the MademoiseLLE-binding code in endosomal mRNA transport

Titel:	Deciphering the MademoiseLLE-binding code in endosomal mRNA transport
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=63028
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20230629-110914-8
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Devan, Senthil Kumar [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 13,52 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 29.06.2023 / geändert 29.06.2023
Beitragende:	Prof. Dr. Feldbrügge, Michael [Gutachter] Prof. Dr. Gohlke Holger [Gutachter]
Stichwörter:	Structural biology, Biochemistry, Microbiology and Genetics
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Summary: mRNA transport and local translation ensure the spatiotemporal regulation of gene expression. Endosome-mediated mRNA transport is a conserved biological process from fungal hyphae to plant endosperms and neuronal cells. Ustilago maydis, a plant pathogen and filamentous fungus, is the best-studied model organism for endosome-mediated mRNA transport. Numerous components of endosomal mRNA transport are already characterized in U. maydis. Previous studies have shown that the key RNA-binding protein, Rrm4, carried out the mRNA transport in the fungal hyphae. Rrm4, along with the accessory mRNA poly(A)-binding protein, Pab1, interacts with the endosomal adaptor protein Upa1. Rrm4 and Pab1 have MademoiseLLE (MLLE) domains in their C-terminus, which are crucial for endosomal attachment. Loss of the C-terminus of Rrm4 impairs the endosomal attachment and results in severe growth defects similar to the loss of full-length protein. MLLE domains generally consist of five helices and facilitate protein-protein interaction by forming a peptide binding pocket for binding partners containing the poly(A)-binding protein associated motif (PAM2). Interestingly, MLLE of Rrm4 recognized not PAM2 but a PAM2-like motif in Upa1 (PAM2LUpa1). The mechanistic understanding of how Rrm4 and Pab1 are connected to the endosomes through their MLLE domain was not clear at the beginning of this study. This dissertation addresses this question using the structural biology, biochemical, biophysical, and fungal genetic approaches. In the first part, this study established that Rrm4 contains not one but three MLLE domains at the C-terminus, forming a protein-protein interaction platform. Importantly, they function with a strict hierarchy. The third MLLE domain (MLLE3Rrm4) is essential, and the other two domains (MLLE1,2Rrm4) play accessory roles. Next, this study provided evidence that the MLLE3Rrm4 consisted of not five helices but seven helices. The additional two helices are essential for ligand recognition. MLLE3Rrm4 recognizes the PAM2LUpa1 by non-canonical interactions. Finally, by deciphering the MLLE3Rrm4-binding code, several new PAM2L-containing proteins were identified by de novo prediction. One of them is an endosomal CORVET complex subunit Vps8 (PAM2LVps8). In vitro experiments verified the interaction between MLLE3Rrm4 and PAM2LVps8. Therefore, Vps8 is postulated as a secondary tethering molecule of Rrm4-associated mRNPs. Based on the above results, the model of the endosomal mRNA transport unit was advanced. Thus, this study provided the most detailed mechanistic description of how an mRNA-binding protein and its bound cargo mRNAs are attached to endosomes to date. Zusammenfassung: Der mRNA-Transport und die lokale Translation gewährleisten die räumlich-zeitliche Regulierung der Genexpression. Der Endosomen-vermittelte mRNA-Transport ist ein konservierter biologischer Prozess, der von Pilzhyphen bis zu Pflanzenendospermien und neuronalen Zellen reicht. Ustilago maydis, ein Pflanzenpathogen und filamentös wachsender Pilz, ist der am besten untersuchte Modellorganismus für den Endosomen-vermittelten mRNA-Transport. Zahlreiche Komponenten des endosomalen mRNA-Transports sind in U. maydis bereits identifiziert. Fühere Untersuchen habe gezeigt, dass das zentrale RNA-bindende Protein Rrm4 für den mRNA-Transport in der Pilzhyphen verantwortlich ist. Rrm4 interagiert, zusammen mit dem akzessorischen mRNA-Poly(A)-bindenden Protein Pab1, mit dem endosomalen Adaptorprotein Upa1. Rrm4 und Pab1 haben beide MademoiseLLE (MLLE)-Domänen in ihrem C-Terminus, die für die endosomale Bindung entscheidend sind. Der Verlust des C-Terminus von Rrm4 beeinträchtigt die endosomale Bindung und führt zu Wachstumsdefekten, ähnlich wie der Verlust des Volllängenproteins. MLLE-Domänen bestehen im Allgemeinen aus fünf Helices und erleichtern die Protein-Protein-Interaktion, indem sie eine Peptid-Bindungstasche für Bindungspartner bilden, die das Poly(A)-bindende Protein-assoziierte Motiv (PAM2) enthalten. Interessanterweise hat die MLLE von Rrm4 nicht das PAM2 Motiv erkannt, sondern ein PAM2-ähnliches Motiv in Upa1 (PAM2LUpa1). Das mechanistische Verständnis, wie Rrm4 und Pab1 über ihre MLLE-Domäne mit den Endosomen verbunden sind, war zu Beginn dieser Studie nicht klar. Die vorliegende Dissertation befasst sich mit diesen Fragen unter Verwendung der Strukturbiologie, biochemischer, biophysikalischer und pilzgenetischer Ansätze. Im ersten Teil dieser Studie wurde festgestellt, dass Rrm4 nicht nur eine, sondern drei MLLE-Domänen am C-Terminus enthält, die eine Protein-Protein-Interaktionsplattform bilden. Wichtig ist, dass sie in einer strengen Hierarchie funktionieren. Die dritte MLLE-Domäne (MLLE3Rrm4) ist essenziell, während die beiden anderen Domänen (MLLE1,2Rrm4) akzessorische Funktionen haben. Die Studie hat außerdem gezeigt, dass MLLE3Rrm4 nicht aus fünf, sondern aus sieben Helices besteht. Die zusätzlichen zwei Helices sind für die Ligandenerkennung unerlässlich. MLLE3Rrm4 erkennt das PAM2LUpa1 durch nicht-kanonische Wechselwirkungen. Durch die Entschlüsselung des MLLE3Rrm4-Bindungscodes konnten mehrere neue PAM2L-enthaltende Proteine anhand von de novo-Vorhersagen identifiziert werden. Eines davon ist die endosomale CORVET-Komplex-Untereinheit Vps8 (PAM2LVps8). In vitro-Experimente haben die Interaktion zwischen MLLE3Rrm4 und PAM2LVps8 bestätigt. Daher wird Vps8 als sekundäres Verbindungsprotein von Rrm4-assoziierten mRNPs postuliert. Auf der Grundlage der obigen Ergebnisse wird das Modell der endosomalen mRNA-Transporteinheit weiterentwickelt. Damit liefert diese Arbeit die derzeit detaillierteste mechanische Beschreibung darüber, wie ein RNA-bindendes Protein und dessen Ziel-mRNAs an Endosomen gebunden sind.
Lizenz:	Dieses Werk ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 4.0 International Lizenz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Biologie » Mikrobiologie
Dokument erstellt am:	29.06.2023
Dateien geändert am:	29.06.2023
Promotionsantrag am:	19.12.2022
Datum der Promotion:	17.03.2023