Siden sidst

Over gennemsnittet

Peter Brodersen, peter.brodersen@ibmp-ulp.u-strasbg.fr og Kresten Lindorff-Larsen, klindorff-larsen@aki.ku.dk

Siden sidst dækker denne gang sommerperioden fra juni til september. Antallet af artikler ligger over gennemsnittet. Vi har endnu engang haft temmelig frit valg fra alle hylder i udvælgelsen af noget spændende at fortælle videre. Valget er faldet på en historie om, hvordan exon junction komplekset binder til mRNA.

Sådan holder man fast i en messenger!

CB Andersen, L Ballut, JS Johansen, H Chamieh, KH Nielsen, CLP Olivera, JS Pedersen, B Seraphin, H Le Hir, GR Andersen. Aarhus Universitet; Université Paris 6, Frankrig.

Structure of the exon junction core complex with a trapped DEAD-box ATPase bound to RNA.

Science 10.1126/science.1131981; publiceret on-line 24 August 2006.

Eukaryot genekspression afbildes ofte noget simplificeret som en tre-trinsraket: Transkriptionen sørger for at lave en pre-mRNA, der siden bearbejdes ved splejsning, capping og polyadenylering for til sidst at blive translateret i cytosolen. Sådanne modeller negligerer imidlertid adskillige vigtige aspekter af messengerens liv og dermed af, hvordan genekspressionen reguleres. Messengeres eksport fra kernen, deres lokalisering i cytosolen og effektiviteten hvormed de translateres, er således underlagt regulering, ligesom de løbende kvalitetskontrolleres for korrekt splejsning, for tidlige stop kodons osv.

Tidlige observationer antydede, at splejsningsprocessen har betydning for flere af disse trin. Det er for eksempel velkendt, at splejsede messengere ofte giver væsentligt højere proteinekspression sammenlignet med identiske messengere produceret fra intronløse gener. Messengere fra intronløse gener har også en større tendens til at blive tilbageholdt i kernen end splejsede messengere. Endelig har man i lang tid vidst, at messengere med stopkodons opstrøms for splejsningspunkter bliver genkendt som afvigende og hurtigt bliver nedbrudt gennem den mekanisme vi nu kender som non-sense mediated mRNA decay (NMD). Alle disse tidlige studier tyder således på, at splejsningen efterlader sig et mærke på messengeren, og at dette mærke har stor betydning for, hvad der videre sker med messengeren. I mellemtiden er dette mærke blevet identificeret som et proteinkompleks – exon-junction komplekset – der deponeres 20-24 nukleotider opstrøms for splejsningspunktet af spliceosomet. Specielt for dets funktion i NMD-mekanismen er klart, at det er en vigtig egenskab af exon-junction komplekset, at det forbliver stabilt forankret på messengeren uden tilsyneladende at have nogle specifikke sekvenskrav – hvis det rykkede rundt på sig, ville det ikke længere markere postionen splejsningspunktet og således være nytteløst til identifikation af for tidlige stopkodons!

Forfatterne belyser her den molekylære basis for denne stabile binding ved at løse strukturen af den heterotetramere kerne af exon-junction komplekset associeret med RNA. Af de fire proteiner i exon junction komplekset er det kun en DEAD box helicase (eIF4AIII), der har kendte funktionelle motiver. DEAD box helicaser er ATPaser, der vikler dobbeltstrengede nukleinsyrer fra hinanden eller omorganiserer protein-DNA/RNA komplekser. Det er tidligere vist, at hæmning af helicasens ATPase aktivitet er nødvendig for forankringen af komplekset på messengeren. Den strukturelle opgave er altså at finde ud af, hvordan de andre proteiner i komplekset forhindrer ATP hydrolyse, og hvorfor det ATP bundne stadium er så fast bundet til RNAet uden at kræve nogen sekvensspecificitet.

Dette klares ved at bruge et poly(U) RNA molekyle, de fire proteiner i det minimale exon junction kompleks, samt en ikke-hydrolyserbar analog af ATP, ADPNP. Det manglende krav til sekvensspecificitet bunder simpelthen i, at ikke bare DEAD box helicasen, men også et af de andre proteiner (MLN51) har direkte kontakter til ribose-phosphat kæden, specielt til 2’-OH grupperne, men ikke til uracilringen. Flere af de motiver, der kontakter ribose-phosphat kæden ser ud til at blive holdt i deres højaffine konformation i det ATP bundne stadium, men ikke i det ADP bundne stadium. Hvordan  hæmmes ATPase aktiviteten så? Her er situationen lidt mere kompliceret. Forfatterne tyer til strukturen af en anden, men aktiv DEAD box helicase, og prøver ud fra de subtile forskelle de observerer til exon junction kompleks helicasen at finde ATPase hæmningens basis. Det lader til, at interaktioner med mago nashi homologen MAGOH dels ændrer positionen af det nukleophile vandmolekyle i forhold til γ-phosphatgruppen, dels ændrer geometrien af koordinationssfæren omkring en Mg2+ ion, der deltager i katalysen af ATP hydrolysen. Under alle omstændigheder kan de se, at MAGOH-helicase interaktionerne er vigtige for ATPase hæmningen, for når de muterer de centrale aminosyrer i MAGOH, får de mutanter med enten komplet eller delvist ophør af ATPase hæmning.

Strukturen af exon junction komplekset betyder også, at der nu kan stilles mere præcise spørgsmål til, hvordan faktorer involveret i mRNA eksport eller NMD rekrutteres til messengere. Forfatterne kan nemlig identificere potentielle interaktionsflader i exon junction kompleksets proteiner, der endnu ikke er benyttet til stabilisering af komplekset.

Andre artikler

Andersen CB, Becker T, Blau M, Anand M, Halic M, Balar B, Mielke T, Boesen T, Pedersen JS, Spahn CM, Kinzy TG, Andersen GR, Beckmann R.
Structure of eEF3 and the mechanism of transfer RNA release from the E-site.
Nature. 2006 Aug 23; [Epub ahead of print]

Cloos PA, Christensen J, Agger K, Maiolica A, Rappsilber J, Antal T, Hansen KH, Helin K.
The putative oncogene GASC1 demethylates tri- and dimethylated lysine 9 on histone H3.
Nature. 2006 Jul 20;442(7100):307-11. Epub 2006 May 28.

Tirichine L, Imaizumi-Anraku H, Yoshida S, Murakami Y, Madsen LH, Miwa H, Nakagawa T, Sandal N, Albrektsen AS, Kawaguchi M, Downie A, Sato S, Tabata S, Kouchi H, Parniske M, Kawasaki S, Stougaard J.
Deregulation of a Ca2+/calmodulin-dependent kinase leads to spontaneous nodule development.
Nature. 2006 Jun 29;441(7097):1153-6.

Riber L, Olsson JA, Jensen RB, Skovgaard O, Dasgupta S, Marinus MG, Lobner-Olesen A.
Hda-mediated inactivation of the DnaA protein and dnaA gene autoregulation act in concert to ensure homeostatic maintenance of the Escherichia coli chromosome.
Genes Dev. 2006 Aug 1;20(15):2121-34.

Mailand N, Bekker-Jensen S, Bartek J, Lukas J.
Destruction of Claspin by SCFbetaTrCP restrains Chk1 activation and facilitates recovery from genotoxic stress.
Mol Cell. 2006 Aug 4;23(3):307-18.

Johansen SK, Maus CE, Plikaytis BB, Douthwaite S.
Capreomycin binds across the ribosomal subunit interface using tlyA-encoded 2’-O-methylations in 16S and 23S rRNAs.
Mol Cell. 2006 Jul 21;23(2):173-82.

Fog JU, Khoshbouei H, Holy M, Owens WA, Vaegter CB, Sen N, Nikandrova Y, Bowton E, McMahon DG, Colbran RJ, Daws LC, Sitte HH, Javitch JA, Galli A, Gether U.
Calmodulin kinase II interacts with the dopamine transporter C terminus to regulate amphetamine-induced reverse transport.
Neuron. 2006 Aug 17;51(4):417-29.

Lund LR, Green KA, Stoop AA, Ploug M, Almholt K, Lilla J, Nielsen BS, Christensen IJ, Craik CS, Werb Z, Dano K, Romer J.
Plasminogen activation independent of uPA and tPA maintains wound healing in gene-deficient mice.
EMBO J. 2006 Jun 21;25(12):2686-97. Epub 2006 Jun 8.

Midtgaard SF, Assenholt J, Jonstrup AT, Van LB, Jensen TH, Brodersen DE.
Structure of the nuclear exosome component Rrp6p reveals an interplay between the active site and the HRDC domain.
Proc Natl Acad Sci U S A. 2006 Aug 8;103(32):11898-903. Epub 2006 Aug 1.

Krishna S, Jensen MH, Sneppen K.
Minimal model of spiky oscillations in NF-kappaB signaling.
Proc Natl Acad Sci U S A. 2006 Jul 18;103(29):10840-5. Epub 2006 Jul 7.