Opdagelse af forbindelse mellem RNA splejsnings- og nedbrydningsmaskinerier

RNA-syntese, -splejsning og -nedbrydning spiller centrale roller i reguleringen af genekspression i eukaryote celler. Forskere fra Max Planck Instituttet i Martinsried og Aarhus Universitet har nu via et samarbejde opdaget det fysiske grundlag for at knytte RNA-nedbrydning til splejsningsprocessen.

07.12.2016 | Lisbeth Heilesen

Krystalstrukturen af RBM7-ZCCHC8’s kernekomplekset vist fra to forskellige sider. RBM7-RRM (grøn) folder ind i det typiske kugleformede domæne med fire antiparallelle β-strenge (β1–β4) på forsiden og to α-helixer på bagsiden (α1 og α2). ZCCHC8-Pro (prolin-rigt område, lyserød) placerer N-terminalen i toppen af RRM og derefter strækker sig nedad, idet den lægger over helix α1 og når bunden af domænet, hvor den foretager en 90° drejning og fortsætter sidelæns med en α-helix (helix αA), hvorefter den snor sig ind i en 90° spiral og fortsætter opad med en anden α-helix (helix αB), hvorefter den når toppen af RBM7-RRM. Til sidst foretager ZCCHC8-Pro en 90° drejning mere og strækker sig sidelæns over helix α2, hvorefter den slutter med en kort spiralformet drejning. C- og N-terminale rester af ZCCHC8-Pro interagerer med hinanden i toppen af RBM7-RRM.

Mange eukaryote RNA’er undergår splejsning i cellekernen, både for at producere modent messenger-RNA (mRNA) og for at frigøre introns. Da introns ofte huser mindre RNA-arter, der skal ”forarbejdes ud”, er det nødvendigt med nedbrydnings-/forarbejdningsmaskinerier, der også indeholder enzymer, som medvirker til at gennemføre en fuldstændig intron nedbrydning. Det mest markante RNA-nedbrydningsmaskineri i kernen er det såkaldte RNA-exosome. Exosomets aktivitet er reguleret in vivo af tilknyttede enzymatiske co-faktorer og RNA-bindende adaptor molekyler, som letter exosomets adgang til et væld af substrater.

For nogle år siden opdagede og karakteriserede Torben Heick Jensens forskningsgruppe ved Institut for Molekylærbiologi og Genetik, Aarhus Universitet, en vigtig exosom co-faktor, det såkaldte ”Nuclear EXosome Targeting (NEXT) kompleks”, som rekrutterer korte og umodne RNA’er til exosomets aktive  sites. NEXT er et trimerisk kompleks bestående af det RNA-bindende protein RBM7 og  zink-”knuckle” proteinet ZCCHC8, der tilsammen danner en dimer, som er forbundet med hMTR4 RNA helicasen, der er også interagerer med andre af exosomets co-faktorer.* Faktisk viste proteom og transskriptom studier – ved brug af RBM7 som lokkemad – en mulig forbindelse mellem RBM7 og det spliceosomale SF3b kompleks **.

I samarbejde med forskere fra professor Elena Contis laboratorium ved Max-Planck Instituttet for Biokemi i Martinsried, Tyskland, blev interagerende regioner mellem RBM7 og ZCCHC8 indsnævret til RRM domænet i RBM7 (RBM7-RRM) samt et prolin-rigt område af ZCCHC8 (ZCCHC8-Pro). Krystalstrukturen af dette RBM7-ZCCHC8 kernekompleks blev løst (se figur), og aminosyrerester involveret i interaktionen blev bestemt og valideret – ved hjælp af mutagenesestudier – in vitro og in vivo.

Bioinformatiske analyser viste overraskende nok en påfaldende sekvenslighed mellem RBM7-RRM og ZCCHC8-Pro med to proteiner fra det spliceosomale SF3b kompleks, henholdsvis SAP49 og SAP145. Yderligere biokemiske undersøgelser kunne tilmed påvise en direkte fysisk kontakt mellem RBM7-RRM og SAP145-Pro, som dermed forbinder RBM7 til RNA splejsningsfaktorer. Selvom RBM7-RRM binding til enten ZCCHC8-Pro eller SAP145-Pro viste sig at være gensidigt udelukket, afspejler RBM7’s evne til at homo-dimerisere en mulighed for samtidig forbindelse mellem exosom-medieret nedbrydning og splejsning. En sådan forbindelse synes at være relevant til at få exosomet målrettet til introns, så bl.a. introniske snoRNA’er kan frigøres. Andre funktionelt relevante konsekvenser af NEXT-SF3b interaktionen er for øjeblikket ved at blive undersøgt.


Forskningsprojektet er gennemført af postdoc Sebastian Falk og ph.d.-studerende Ksenia Finogenova fra Elena Contis laboratorium ved Max-Planck Instituttet for Biokemi, Martinsried, Tyskland, i samarbejde med postdoc Mireille Melko fra Torben Heick Jensens laboratorium ved Aarhus Universitet.

Resultaterne er offentliggjort i Nature Communications.

*Lubas et al. Mol Cell 2011, Meola et al. Mol Cell 2016.

**Lubas et al. Mol Cell 2011, Lubas et al. Cell Reports 2015.


Mere information

Postdoc Mireille Melko og Professor Torben Heick Jensen 
Institut for Molekylærbiologi og Genetik, Aarhus Universitet 
melko@mbg.au.dk; thj@mb.au.dk - mobil: 6020 2705

Forskning