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Main Title: Beteiligung des nukleär kodierten Mrs2 Proteins an der Katalyse des mitochondrialen Gruppe II Ribozyms aI5g aus Saccharomyces cerevisiae
Translated Title: Function of the nuclear encoded Mrs2 protein in the catalysis of the mitochondrial group II ribozyme aI5g from Saccharomyces cerevisiae
Author(s): Lehmann, Karola
Advisor(s): Stahl, Ulf
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät III - Prozesswissenschaften
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: Gruppe II Ribozyme stellen eine Gruppe von Introns dar, die in den Organellen von Pilzen, Algen und Pflanzen und kürzlich auch in Bakterien gefunden wurden. In vitro sind einige dieser Introns selbstspleißend, wie z.B. das Gruppe II Intron aI5g, das in dem mitochondrialen Gen COX1 von Saccharomyces cerevisiae lokalisiert ist. In vivo werden allerdings Proteine für den Spleißvorgang benötigt, die entweder von den Introns selbst oder vom Wirtsorganismus kodiert werden. Das nukleär kodierte Mrs2 Protein ist eines dieser Proteine. Es ist am Spleißvorgang von Gruppe II Introns beteiligt und besitzt eine wichtige Funktion in der Biogenese der Mitochondrien. Das Protein ist in der inneren Mitochondrien Membran lokalisiert, mit einem längeren N-terminalen Teil und einem kürzeren C-terminalen Teil, die beide in den Matrix Raum ragen. Kürzlich konnte zusätzlich auch eine Mg2+Transportfunktion für das Mrs2p nachgewiesen werden. Da die Mg2+ Konzentration beim Selbstspleißen in vitro eine wichtige Rolle spielt, war bisher unklar ob es sich bei der Spleißfunktion um einen direkten oder einen indirekten Vorgang handelt. Es konnten trotzdem zwei Regionen in dem Protein identifiziert werden, die für eine direkte Protein-RNA-Interaktion in Frage kommen: Zum einen ein hot spot im N-terminalen Teil des Proteins (Suppressor-Domäne) und zum anderen ein putatives Argenin-reiches-Motiv im C-terminalen Teil des Proteins (hydrophile Domäne). In der vorliegenden Arbeit wurden die möglichen Protein-RNA-Bindestellen des Mrs2p durch Deletionen und gezielte Aminosäureaustausche eingehend in vivo und in vitro analysiert. Zur Identifikation von Mg2+ unabhängigen Effekten wurde die Mg2+-Konzentration in den Mitochondrien der Mutanten bestimmt. Die Daten zeigen, dass sowohl der N- als auch der C-terminale Teil des Mrs2p den Spleißphänotyp beeinflussen und unabhängig und spezifisch in der Lage sind die Intron RNA zu binden. Dabei konnte für die hydrophile Domäne die Funktionalität des vermuteten Argenin-reichen-Motivs nicht bestätigt werden. Für ein Suppressor-Protein konnte in vivo jedoch gezeigt werden, dass eine veränderte Proteinstruktur vorliegt, die in den in vitro Bindungsstudien zu einer stärkeren Bindung an die Intron-RNA führt als beim wt Protein.
Group II ribozymes represent a family of introns which were discovered in organelles of fungi, algae and plants and more recently also in prokaryotic organisms. In vitro, a few members were found to self-splice from their pre-RNAs like intron aI5g localized in the mitochondrial COXI gene of Saccharomyces cerevisiae. In vivo however, the splicing reaction of group II introns is assisted by proteins either encoded by the introns themselves or by other genes of the host organisms. The nuclear encoded protein Mrs2p is well known to be important for the splicing reaction of group II introns and for the biogenesis of mitochondria. The protein contains two transmembrane domains and is located in the inner mitochondrial membrane with a longer N-terminal and a shorter C-terminal part facing the matrix space. More recently Mrs2 was shown to work as a Mg2+ transporter. Thus, when looking at the important role of Mg2+ for in vitro self-splicing an indirect splice function of the protein was suggested. Nevertheless, two regions of the protein have been postulated as candidates for a direct RNA/protein interaction: A mutational hot spot in the N-terminal part of the protein (suppressor domain) and a putative arginine-rich-motif in the C-terminal part (hydrophilic domain). In this work the two putative RNA binding sites of the Mrs2p were investigated by massive deletion and single amino acid substitution analysis in vivo and in vitro. To identify Mg2+ independent effects the mitochondrial Mg2+ concentration of the mutant strains were estimated. The data indicate that both the N- and the C-terminal part of the protein are independently and specifically able to bind the intron RNA thereby affecting the splicing phenotype. A mutant suppressor protein that was found to fold into an altered protein structure in vivo shows a stronger binding to the intron RNA in vitro when compared to the wild-type protein. However, the putative arginine-rich-motif was not found to be functional as an RNA binding site.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-7274
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/1123
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-826
Exam Date: 13-Feb-2004
Issue Date: 3-Mar-2004
Date Available: 3-Mar-2004
DDC Class: 570 Biowissenschaften; Biologie
Subject(s): Gruppe II Intron
Mrs2p
Ribozym
RNA/Proteininteraktion
Spleißen
Group II intron
Mrs2p
Ribozyme
RNA/proteininteraction
Splicing
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