Translationskontrolle in der Spermatogenese von Drosophila: Charakterisierung eines regulatorischen mRNP-Komplexes

Während der Spermatogenese von Drosophila werden viele mRNAs zwar vor der Meiose transkribiert, dann aber durch Komplexbildung mit Proteinen stillgelegt und erst am Ende der Spermienentwicklung durch Veränderung desselben für die Translation freigegeben. Ein Beispiel hierfür ist die Mst87F mRNA. Während das cis-agierende Sequenzelement in der RNA seit langem bekannt ist, gestaltete sich die Suche nach den trans-agierenden RNA-bindenden Proteinen schwierig. In meiner Diplomarbeit (Stinski, 2007) waren mithilfe von präparativen Shift-Experimenten (Auftrennung von RNP-Komplexen im elektrischen Feld) zwei vielversprechende Kandidaten identifiziert worden, die Proteine Exuperantia (Exu) und Purity of Essence (Poe). Ziel der vorliegenden Dissertation war zum einen die Aufklärung der Funktion dieser Kandidatenproteine und zum anderen die Identifizierung weiterer Kandidaten, die an der Komplexbildung und damit an der Regulation beteiligt sind. Dabei war die Hoffnung, sowohl Proteine zu finden, die die Repression vermitteln, als auch solche, die am Ende die Aktivierung ermöglichen. Durch eine Affinitätsreinigung, in der Mst87F-RNA mit einem ms2-Tag versehen über das MS2-Maltose binding protein an eine Amylose-Matrix gebunden und schließlich die Komplexe mit Maltose wieder eluiert wurden, ließen sich erneut das Exu-Protein und drei neue Kandidaten identifizieren: CG3213, CG12470 und CG1898. Das Protein Exu hat eindeutig eine Funktion bei der Translationskontrolle: seine Abwesenheit führt zum Abbau der kontrollierten mRNAs. Die Inkubation mit exu-defizientem Protein-Extrakt (aus Hoden) unterstützt keine RNP-Komplexbildung und aufgereinigtes Exu-His Fusionsprotein kann auch nicht direkt an die Mst87F mRNA binden. Ein exu-defizienter Proteinextrakt lässt sich aber durch die Zugabe von rekombinantem Exu-His komplettieren und es entsteht wieder ein starker mRNP-Komplex. Dies beweist, dass das Experiment im Prinzip korrekt verläuft und dass Exu für die Komplexbildung entscheidend ist. Darüber hinaus konnten durch eine Co-Immunpräzipitation mit dem Exu-GFP Fusionsprotein sowohl interagierende Proteine als auch in die RNP-Komplexe einbezogene mRNAs nachgewiesen werden. Vielversprechende Kandidatenproteine stammen von den Genen CG3213, dfmr1 und CG12470. Die durch cDNA-Synthese in den Komplexen nachgewiesenen mRNAs sind in aller Regel solche, die der Translationskontrolle unterworfen sind. Damit ist gezeigt, dass Exu Teil eines großen Proteinkomplexes ist oder zumindest mit ihm assoziiert ist, der auf viele translationskontrollierte Transkripte Einfluss nimmt. Die Mst87F mRNA wird zum Zeitpunkt der Translationsaktivierung sekundär polyadenyliert, das heißt ihre Länge wird größer und heterogen. In einer Mutante für das Kandidatengen poe wurde diese sekundäre Polyadenylierung plötzlich nicht mehr beobachtet und die RNA blieb auch bei Translationsaktivierung so groß wie in den frühen Stadien. So ergab sich die Möglichkeit, endlich zu prüfen, ob die sekundäre Polyadenylierung für die Translationsaktivierung von essentieller Bedeutung ist. Eine Serie von Fusionskonstrukten mit funktionstüchtigem TCE verhielten sich alle gleich. Die sekundäre Polyadenylierung fand nicht statt, aber das Transkript des Fusionsgens wurde zum richtigen Zeitpunkt translatiert. Somit ist dieser Prozess zumindest nicht generell für eine Translation zu diesem späten Zeitpunkt in der Spermiogenese notwendig. Ein quantitativer Effekt kann allerdings nicht ausgeschlossen werden. Des Weiteren konnten mit antisense Konstrukten mutante Phänotypen erzeugt werden. Solche Männchen waren ausnahmslos steril, was die Wichtigkeit des Proteins Poe für den Prozess der Spermienreifung belegt. Die Defekte zeigen sich spät während der Individualisierung, was mit der vermuteten Funktion übereinstimmen würde. Das Kandidatenprotein dFMR1 bindet allein an die Mst87F RNA und trägt zur Stärke des beobachtbaren Komplexes bei. Die Komplexbildung zeigt Salzabhängigkeit, wie sie für dFMR1 in anderen Zusammenhängen dokumentiert wurde. Dies unterstützt die obige Aussage und suggeriert, dass dFMR1 die Basis für den Komplexaufbau bildet. Das CPEB-homologe Kandidatenprotein Orb2 bindet ebenfalls allein an die Mst87F mRNA, hat aber keinen Einfluss auf die Repression oder die sekundäre Polyadenylierung. Eine Beteiligung an der Regulation wäre demnach eindeutig unterschiedlich zu der in anderen Fällen dokumentierten Rolle. Die Expression der Kandidatengene CG1898, CG3213 und CG12470 ist konform mit einer unterschiedlichen Beteiligung an der Translationskontrolle. Das erste Protein ist nur in prämeiotischen Stadien, das zweite durchgängig und das dritte nur in postmeiotischen Stadien nachzuweisen, was einer Funktion bei der Stillegung, während der gesamten inaktiven Phase bzw. bei der Aktivierung entsprechen könnte. Die verschiedenen Experimente identifizieren in mehreren Fällen die gleichen Kandidatenproteine und untermauern damit deren Bedeutung. Sie lassen vielfach konkrete Schlüsse auf die Art der Interaktionen zu, welche in einem Schema zusammengefasst werden.

Subcellular localization of proteins labeled with GFP in Xanthomonas citri ssp citri: targeting the division septum

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Localização sub-celular de proteínas marcadas com GFP em Xanthomonas axonopodis pv. citri por microscopia de fluorescência

Pós-graduação em Ciências Biológicas (Microbiologia Aplicada) - IBRC

Proliferação celular em gestações naturais e de conceptos bovinos transgênicos e clonados, que expressam a proteína fluorescente verde (GFP)

Pós-graduação em Ciência e Tecnologia Animal - FEIS

RNA folding kinetics regulates translation of phage MS2 maturation gene

The gene for the maturation protein of the single-stranded RNA coliphage MS2 is preceded by an untranslated leader of 130 nt, which folds into a cloverleaf, i.e., three stem–loop structures enclosed by a long distance interaction (LDI). This LDI prevents translation because its 3′ moiety contains the Shine–Dalgarno sequence of the maturation gene. Previously, several observations suggested that folding of the cloverleaf is kinetically delayed, providing a time window for ribosomes to access the RNA. Here we present direct evidence for this model. In vitro experiments show that ribosome binding to the maturation gene is faster than refolding of the denatured cloverleaf. This folding delay appears related to special properties of the leader sequence. We have replaced the three stem–loop structures by a single five nt loop. This change does not affect the equilibrium structure of the LDI. Nevertheless, in this construct, the folding delay has virtually disappeared, suggesting that now the RNA folds faster than ribosomes can bind. Perturbation of the cloverleaf by an insertion makes the maturation start permanently accessible. A pseudorevertant that evolved from an infectious clone carrying the insertion had overcome this defect. It showed a wild-type folding delay before closing down the maturation gene. This experiment reveals the biological significance of retarded cloverleaf formation.

Detection of targeted GFP-Hox gene fusions during mouse embryogenesis

The ability to use a vital cell marker to study mouse embryogenesis will open new avenues of experimental research. Recently, the use of transgenic mice, containing multiple copies of the jellyfish gene encoding the green fluorescent protein (GFP), has begun to realize this potential. Here, we show that the fluorescent signals produced by single-copy, targeted GFP in-frame fusions with two different murine Hox genes, Hoxa1 and Hoxc13, are readily detectable by using confocal microscopy. Since Hoxa1 is expressed early and Hoxc13 is expressed late in mouse embryogenesis, this study shows that single-copy GFP gene fusions can be used through most of mouse embryogenesis. Previously, targeted lacZ gene fusions have been very useful for analyzing mouse mutants. Use of GFP gene fusions extends the benefits of targeted lacZ gene fusions by providing the additional utility of a vital marker. Our analysis of the Hoxc13GFPneo embryos reveals GFP expression in each of the sites expected from analysis of Hoxc13lacZneo embryos. Similarly, Hoxa1GFPneo expression was detected in all of the sites predicted from RNA in situ analysis. GFP expression in the foregut pocket of Hoxa1GFPneo embryos suggests a role for Hoxa1 in foregut-mediated differentiation of the cardiogenic mesoderm.

A GFP-equipped bidirectional expression module well suited for monitoring tetracycline-regulated gene expression in mouse

Doxycycline (Dox)-sensitive co-regulation of two transcriptionally coupled transgenes was investigated in the mouse. For this, we generated four independent mouse lines carrying coding regions for green fluorescent protein (GFP) and β-galactosidase in a bicistronic, bidirectional module. In all four lines the expression module was silent but was activated when transcription factor tTA was provided by the α-CaMKII-tTA transgene. In vivo analysis of GFP fluorescence, β-galactosidase and immunochemical stainings revealed differences in GFP and β-galactosidase levels between the lines, but comparable patterns of expression. Strong signals were found in neurons of the olfactory system, neocortical, limbic lobe and basal ganglia structures. Weaker expression was limited to thalamic, pontine and medullary structures, the spinal cord, the eye and to some Purkinje cells in the cerebellum. Strong GFP signals were always accompanied by intense β-galactosidase activity, both of which could be co-regulated by Dox. We conclude that the tTA-sensitive bidirectional expression module is well suited to express genes of interest in a regulated manner and that GFP can be used to track transcriptional activity of the module in the living mouse.