| dc.contributor.advisor | | |
| dc.date.accessioned | 2020-10-22T09:54:44Z | |
| dc.date.issued | 2020-07-02 | |
| dc.identifier | doi:10.17170/kobra-202010151967 | ger |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/123456789/11887 | |
| dc.language.iso | eng | ger |
| dc.rights | Urheberrechtlich geschützt | |
| dc.rights.uri | https://rightsstatements.org/page/InC/1.0/ | |
| dc.subject | tRNA modifications | ger |
| dc.subject | TOR pathway | ger |
| dc.subject | autophagy | ger |
| dc.subject | starvation responses | ger |
| dc.subject | UPR | ger |
| dc.subject | Saccharomyces cerevisiae | ger |
| dc.subject.ddc | 500 | ger |
| dc.subject.ddc | 570 | ger |
| dc.title | Investigation of the functional synergy and involvement of different tRNA modifications in translational control | ger |
| dc.type | Dissertation | |
| dcterms.abstract | Transfer RNAs are essential adapter molecules employed in the translational process and are highly modified all over their structure. Specific modification of the four canonical ribonucleotides (A, U, C, G) is accomplished by various proteins and/or protein complexes, ranging from simple isomerisations (e.g. Ψ) and methylations (e.g. m5C) up to complex chemical structures (e.g. mcm5s2U, ct6A). The functions of tRNA modifications are linked to the specific position and may influence translation by supporting the native RNA folding, amino-acylation efficiency and fidelity or anticodon-codon interaction. Nonetheless, since tRNA is modified at multiple motives, it is possible that specific groups of modifications collaboratively support function of the adapter molecule, enforcing the idea of a functional interactome. This network might further modulate translation in response to various extra- and intracellular triggers, bearing the possibility of a new layer of gene expression regulation.
Accordingly, the aim of this work was to establish and investigate a network of different modifications located in the anticodon stem and loop (ASL) for their role in gene expression regulation. Combined modification mutants lacking mcm5/s2U34 (elp3 or urm1) together with either Ψ38/39 (deg1) or ct6A37 (tcd1) were generated and examined for their physiology, morphology, translational capacity and other regulatory abnormalities. Interestingly, all double mutants displayed comparable cytological defects despite the presumed different majorly defective tRNALysUUU (urm1/elp3 tcd1) and tRNAGlnUUG (urm1/elp3 deg1) normally bearing the unique modification combinations. The anticipated translational deficiencies applied to the reading frame accuracy in the investigated cases and biogenesis of proteins consisting of high amounts of either lysine or glutamine and also involved the general accumulation of protein aggregates. Surprisingly, the unfolded protein response known to cope with protein aggregation in the endoplasmic reticulum appeared to be suppressed under non-stressed and stressed conditions in all double mutants. Moreover, the regulome controlling the starvation stress response and stationary phase transcriptome emerged to be corrupted since various pathways like glucose repressed carbohydrate metabolism, nitrogen catabolite repression and autophagy were inappropriately activated. Since all deficiencies could be rescued by either tRNALysUUU or tRNAGlnUUG overexpression in the respective mutants, the data in sum implies that various anticodon-loop modifications of different tRNAs fulfil critical roles in mRNA translation and protein homeostasis protection which in absence consequentially evoke transcriptional stress responses. | eng |
| dcterms.abstract | Transfer RNAs stellen essenzielle Adaptermoleküle dar, welche in der Translation zum Einsatz kommen und über die gesamte Sekundär- und Tertiärstruktur umfassender postranskriptioneller Modifikationen unterliegen. Unterschiedlichste Proteine und Proteinkomplexe übernehmen dabei die spezifische Modifikation der vier kanonischen Ribonukleotide (A, U, C, G), wobei diese von simplen Isomerisierungen (z.B. Ψ) und Methylierungen (z.B. m5C) bis hin zum Anfügen von komplexen chemischen Seitengruppen (z.B. mcm5s2U, ct6A) reichen können. Die Funktion von tRNA Modifikationen hängt teilweise von ihrer Lokalisation ab und unterstützt demnach unterschiedlichste Aspekte wie die dreidimensionale Faltung, effiziente und korrekte Aminoacylierung oder die Anticodon-Codon Interaktion zur Erhaltung der Translationseffizienz. Da jede tRNA nichtsdestotrotz mehrfach an unterschiedlichsten Positionen modifiziert wird, ist es vorstellbar, dass spezifische Modifikationsgruppen bestimmte Aufgaben des Adaptermoleküls unterstützen und damit die Vorstellung von einem funktionellen Interaktom bestärken. Dieses Netzwerk könnte weiterhin die Translation in Reaktion auf verschiedene extra- und intrazelluläre Signale modulieren und damit eine neue Variante der Genexpressionsregulation darstellen.
Ziel dieser Arbeit war es dementsprechend, diese Modifikationsnetzwerke in der Anticodonschleife und -stamm nachzuweisen und ihre Rolle in der Genexpressionsregulation zu untersuchen. Zu diesem Zweck wurden verschiedene kombinierte Modifikationsmutanten, denen mcm5/s2U34 (elp3 oder urm1) zusammen mit Ψ38/39 (deg1) oder ct6A37 (tcd1) fehlten, erstellt und auf ihre Physiologie, Morphologie, Translationskapazität und andere Regulationsabnormalitäten hin überprüft. Interessanterweise zeigten dabei alle Doppelmutanten vergleichbare zytologische Defekte, obwohl diese hauptsächlich von zwei verschiedenen defizitären tRNAs, der tRNALysUUU (urm1/elp3 tcd1) und tRNAGlnUUG (urm1/elp3 deg1) verursacht wurden und die einzigen sind, die normalerweise die oben genannten Modifikationskombinationen tragen. Die translationalen Defekte betrafen in diesen Mutanten unter anderem die Leseraster-Genauigkeit und die Biogenese von Lysin- oder Glutamin-reichen Proteinen, wobei auch eine generelle Aggregation von Proteinen nachgewiesen werden konnte. Überraschenderweise führten diese hervorgerufenen Fehler oder andere etwaige Stresskonditionen in den Doppelmutanten zu keiner Aktivierung, sondern Suppression des unfolded protein response, welcher normalerweise für die Bewältigung von Proteinaggregaten im Endoplasmatischen Retikulum zuständig ist. Darüber hinaus schien das regulatorische Netzwerk des Transkriptoms in den Mutanten beeinträchtigt zu sein, da unnötigerweise verschiedenste Signalwege zur Hungerantwort und stationären Phase wie beispielsweise die Glukose supprimierten Kohlenstoffstoffwechsel, nitrogen catabolite repression und Autophagie induziert wurden. Da alle Defekte durch die Überexpression der tRNALysUUU oder tRNAGlnUUG in den entsprechenden Mutanten unterdrückt werden konnten, implizieren die Daten zusammenfassend, dass verschiedenste Modifikationen der Anticodonschleife in unterschiedlichen tRNAs ähnliche wichtige Funktionen in der Translation und dem Schutz der Protein Homöostase erfüllen und bei Verlust transkriptionelle Stressantworten hervorrufen. | ger |
| dcterms.accessRights | open access | |
| dcterms.creator | Bruch, Alexander | |
| dcterms.dateAccepted | 2020-10-05 | |
| dcterms.extent | X, 102 S. | |
| dc.contributor.corporatename | Kassel, Universität Kassel, Fachbereich Mathematik und Naturwissenschaften, Institut für Biologie, Mikrobiologie | ger |
| dc.contributor.referee | Schaffrath, Raffael (Prof. Dr.) | ger |
| dc.contributor.referee | Klassen, Roland (Dr.) | ger |
| dc.relation.doi | 10.17170/kobra-202010151967 | |
| dc.subject.swd | Autophagie | ger |
| dc.subject.swd | Physiologie | ger |
| dc.subject.swd | Genexpression | ger |
| dc.subject.swd | Genregulation | ger |
| dc.type.version | publishedVersion | |
| ubks.embargo.terms | 2021-10-22 | ger |
| ubks.embargo.end | 2021-10-22 | |
| kup.iskup | false | |
