Universität zu Köln

Fatscher, Tobias (2016). Inhibition of nonsense-mediated mRNA decay by the cytoplasmic poly(A)-binding protein. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

The expression of a gene from transcription of the DNA into pre-messenger RNA (pre-mRNA) over translation of messenger RNA (mRNA) into protein is constantly monitored for errors. This quality control is necessary to guarantee successful gene expression. One quality control mechanism important to this thesis is called nonsense-mediated mRNA decay (NMD). NMD is a cellular process that eliminates mRNA transcripts harboring premature translation termination codons (PTCs). Furthermore, NMD is known to regulate certain transcripts with long 3′ UTRs. However, some mRNA transcripts are known to evade NMD. The mechanism of NMD activation has been subjected to many studies whereas NMD evasion or suppression still remains rather elusive. It has previously been shown that the cytoplasmic poly(A)-binding protein (PABPC1) is able to suppress NMD of certain transcripts. In this study I show that PABPC1 is able to suppress NMD of a long 3′ UTR-carrying reporter when tethered immediately downstream of the termination codon. I further am able to show the importance of the interaction between PABPC1 and eIF4G for NMD suppression, whereas the interaction between PABPC1 and eRF3a seems dispensable. These results indicate an involvement of efficient translation termination and potentially ribosome recycling in NMD suppression. I am able to show that if PABPC1 is too far removed from the terminating ribosome NMD is activated. After showing the importance of PABPC1 recruitment directly downstream of a terminating ribosome in NMD suppression, I am further able to demonstrate several different methods by which PABPC1 can be recruited. Fold-back of the poly(A)-tail mediated by two interacting proteins on opposite ends of a 3′ UTR manages to bring PABPC1 bound to the poly(A)-tail into close proximity of the terminating ribosome and therefore suppress NMD. Furthermore, small PAM2 peptides that are known to interact with the MLLE domain of PABPC1 are able to strongly suppress NMD initiated by either a long 3′ UTR or an EJC. I am also able to show the NMD antagonizing power of recruited PABPC1 for the known endogenous NMD target β-globin PTC39, which is responsible for the disease β-thalassemia. This shows the potential medical implications and application of suppressing NMD by recruiting PABPC1 into close proximity of a terminating ribosome.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated abstract:	Abstract Language Die Expression eines Gens angefangen mit der Transkription der DNA in prä-Messenger RNA (prä-mRNA) über Translation von Messenger RNA (mRNA) in ein Protein ist ein stark überwachter Prozess. Diese Qualitätskontrolle ist notwendig, um fehlerfreie Genexpression zu gewährleisten. Ein wichtiger Mechanismus zur Qualitätssicherung ist Nonsense-mediated mRNA decay (NMD) genannt. NMD ist ein zellulärer Prozess, der mRNA-Transkripte die ein vorzeitiges Stoppcodon (PTC) beherbergen eliminiert. Weiterhin ist bekannt, dass NMD bestimmte Transkripte mit langen 3′ UTRs regulieren kann. Allerdings erkennt NMD nicht alle Transkripte und es sind einige mRNA-Transkripte bekannt die sich NMD entziehen. Der Mechanismus der NMD-Aktivierung wurde bereits vielen Studien unterzogen, während der Mechanismus der NMD Umgehung oder Unterdrückung noch relativ unerforscht ist. Es wurde zuvor schon gezeigt, dass das zytoplasmatische Poly(A)-bindende Protein (PABPC1) imstande ist NMD bestimmter Transkripte zu unterdrücken. In dieser Studie zeige ich, dass PABPC1 in der Lage ist, NMD eines langen 3′ UTR-tragenden Reporters zu unterdrücken, wenn es unmittelbar nach dem Terminationscodon gebunden ist. Ich bin weiter in der Lage, die Bedeutung der Interaktion zwischen PABPC1 und eIF4G in der NMD Unterdrückung zu zeigen, während die Interaktion zwischen PABPC1 und eRF3a hierfür entbehrlich erscheint. Diese Ergebnisse deuten auf eine Beteiligung von effizienter Translationstermination und Ribosom-Recycling in der Unterdrückung von NMD hin. Nachdem ich die Bedeutung der Rekrutierung von PABPC1 direkt hinter einem Terminationscodon in der Unterdrückung von NMD zeigen konnte, war es mir weiterhin möglich verschiedene Methoden zu zeigen, mit denen PABPC1 rekrutiert werden kann. Das Zurückfalten des Poly(A)-Schwanzes durch zwei interagierende Proteine an gegenüberliegenden Enden einer 3′ UTR ermöglicht es PABPC1, welches am Poly(A)-Schwanz gebunden ist, in die Nähe des terminierenden Ribosoms zu bringen und somit NMD zu unterdrücken. Weiterhin zeige ich, dass kleine PAM2 Peptide, die mit der MLLE Domäne von PABPC1 interagieren, in der Lage sind NMD aktiviert durch entweder einer lange 3′ UTR oder eines EJC zu unterdrücken. Die PAM2 Peptide unterdrücken NMD durch die Rekrutierung von PABPC1 in die direkte Nähe des terminierenden Ribosoms. Außerdem bin ich in der Lage NMD des endogenen Transkripts β-Globin PTC39, welches für die Krankheit β-Thalassämie verantwortlich ist, durch die Rekrutierung von PABPC1 zu unterdrücken. Dies zeigt die potentiellen medizinischen Auswirkungen und mögliche Anwendung der NMD Unterdrückung durch PABPC1 auf. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Fatscher, Tobias t.fatscher@uni-koeln.de UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-70849
Date:	2016
Language:	English
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences > Department of Biology > Institute for Genetics
Subjects:	Natural sciences and mathematics Life sciences
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language nonsense-mediate mRNA decay, NMD, PABPC1, PAM2, suppression, inhibtion English
Date of oral exam:	5 July 2016
Referee:	Name Academic Title Gehring, Niels PD Dr. Schnetz, Karin Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/7084