Advanced

Protein-RNA interplay in translation. Structural studies of RRF, SelB and L1.

Selmer, Maria LU (2002)
Abstract (Swedish)
Popular Abstract in Swedish

Allt levande består till stor del av proteiner. De bygger upp muskler och hår, transporterar syre i blodet och ser till att kemin i kroppen fungerar som den ska. Men hur tillverkas då dessa proteiner? Jo i alla celler finns ribosomer, proteinfabriker. En bakterieribosom är ungefär 0.02 mikrometer stor. Den är sammansatt av proteiner och RNA-kedjor. RNA utgör den funktionella delen, medan proteinerna behövs för att hålla ihop RNA i rätt form. Ribosomen översätter genetisk kod i form av mRNA till protein bestående av aminosyror.



Ribosomen assisteras av “medhjälpare”, tRNA, som transporterar aminosyror och läser koden och faktorer, proteiner som bland annat levererar tRNA, och... (More)
Popular Abstract in Swedish

Allt levande består till stor del av proteiner. De bygger upp muskler och hår, transporterar syre i blodet och ser till att kemin i kroppen fungerar som den ska. Men hur tillverkas då dessa proteiner? Jo i alla celler finns ribosomer, proteinfabriker. En bakterieribosom är ungefär 0.02 mikrometer stor. Den är sammansatt av proteiner och RNA-kedjor. RNA utgör den funktionella delen, medan proteinerna behövs för att hålla ihop RNA i rätt form. Ribosomen översätter genetisk kod i form av mRNA till protein bestående av aminosyror.



Ribosomen assisteras av “medhjälpare”, tRNA, som transporterar aminosyror och läser koden och faktorer, proteiner som bland annat levererar tRNA, och skjutsar fram kodremsan så fort en bit lästs av. Själv sköter ribosomen om själva hopsättningen av aminosyror liksom korrekturläsning av den översatta koden.



I denna avhandling har tre proteiner som ingår i maskineriet för proteinframställning studerats.



Ribosomåtervinningsfaktorn RRF har till uppgift att se till att ribosomen kan återvinnas när den översatt en gen och byggt ett protein. Detta är livsnödvändigt för bakterien, som inte har råd med slit-och-släng-fabriker. RRF är livsnödvändigt för bakterier, men finns så vitt man vet inte hos växter och djur. Därför skulle ett ämne som hindrar RRF från att fungera kunna användas som antibiotika. Det skulle döda bakterier men lämna människan oberörd.



Röntgenkristallografisk strukturbestämning av RRF visade att proteinet är L-format. Liksom andra proteiner innehåller det spiraler, helixar, och platta flak. Noggrannare inspektion visade att RRF i tre dimensioner är mycket likt ett tRNA. Aldrig tidigare hade man sett att ett protein, uppbyggt av aminosyror, kunde vara så likt ett RNA, byggt av baser. Denna likhet gav oss nya infallsvinklar till hur RRF kan fungera. RRF är så likt ett tRNA att det skulle kunna passa i en tRNA-ficka på ribosomen.



Selenocystein brukar kallas den tjugoförsta aminosyran. Detta beror på att den till skillnad från de 20 vanliga aminosyrorna saknar en egen trebokstavskod. I stället kodas selenocystein av UGA, som betyder stopp (eller punkt efter meningen), i kombination med en speciell ”hårnålsform” som bildas längre fram i mRNA-koden. För att avläsa denna mer komplicerade kod behövs en speciell proteinfaktor, SelB. SelB levererar tRNA bundet till selenocystein till ribosomen, och har en extra del som känner igen hårnålsformen på mRNA.



Strukturbestämning av denna del av SelB visade att även detta protein är L-format. Strukturen gav ledtrådar till hur SelB kan fungera. Aminosyror som är inblandade i igenkänning av mRNA-formen sitter samlade i ena änden av molekylen, så långt bort som möjligt från den del av proteinet som binder tRNA. Avståndet mellan de två ändarna verkar ändå inte tillräckligt stort för att räcka till när tRNA ska levereras till ribosomen. Därför tror vi att formen på proteinet måste sträckas ut, och att L-formen i detta fall inte är till för att passa i en ficka, utan för att kunna böjas och sträckas.



L1 är ett protein som utgör en del av ribosomen och binder till RNA. Bindningsstudier visade att L1 känner igen sitt normala bindningsställe även när detta minimerats till 61 nukleotider. L1 kristalliserades tillsammans med detta RNA-fragment. (Less)
Abstract
Translation is a central biological process, that is catalysed by a machinery consisting of RNA and protein. In this thesis three different protein components of the bacterial protein synthesis system have been structurally studied. Ribosome recycling factor (RRF) is essential for the recycling step of the translation cycle, elongation factor SelB is a specialised elongation factor needed for co-translational selenocysteine incorporation, and ribosomal protein L1 is a primary binding protein in ribosome assembly.



The structure of RRF from <i>Thermotoga maritima</i> was solved by X-ray crystallography. RRF is an L-shaped molecule with size and shape very similar to tRNA. This similarity in combination with... (More)
Translation is a central biological process, that is catalysed by a machinery consisting of RNA and protein. In this thesis three different protein components of the bacterial protein synthesis system have been structurally studied. Ribosome recycling factor (RRF) is essential for the recycling step of the translation cycle, elongation factor SelB is a specialised elongation factor needed for co-translational selenocysteine incorporation, and ribosomal protein L1 is a primary binding protein in ribosome assembly.



The structure of RRF from <i>Thermotoga maritima</i> was solved by X-ray crystallography. RRF is an L-shaped molecule with size and shape very similar to tRNA. This similarity in combination with data from the literature suggests that RRF can bind similarly to a tRNA to the ribosomal A-site.



The structure of a C-terminal, mRNA binding, part of SelB (SelB-C) from <i>Moorella thermoacetica</i> was solved. SelB-C consists of four winged-helix domains arranged into an L-shaped structure. The RNA binding site could be located in the structure based on sequence conservation and data from the literature. Sterical requirements suggest that the L-shape of SelB-C may have to open during the functional interaction with the ribosome.



Binding studies were performed with L1 from <i>Thermus thermophilus</i> and a 61-nucleotide fragment of 23S RNA. This protein-RNA complex was crystallised. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
opponent
  • Associate Professor Kjeldgaard, Morten
organization
publishing date
type
Thesis
publication status
published
subject
keywords
Molecular biophysics, Molekylär biofysik, crystallography, mimicry, translation factor, L1, SelB, protein synthesis, RRF
pages
160 pages
publisher
Maria Selmer, Molecular Biophysics, Lund University
defense location
Lecture hall B, Center for Chemistry and Chemical Engineering
defense date
2002-02-22 10:15
ISBN
91-7874-176-9
language
English
LU publication?
yes
id
0bcf0d5f-aa15-49ef-b0c8-6df6a3662a3f (old id 464370)
date added to LUP
2007-10-14 16:07:31
date last changed
2016-09-19 08:45:07
@misc{0bcf0d5f-aa15-49ef-b0c8-6df6a3662a3f,
  abstract     = {Translation is a central biological process, that is catalysed by a machinery consisting of RNA and protein. In this thesis three different protein components of the bacterial protein synthesis system have been structurally studied. Ribosome recycling factor (RRF) is essential for the recycling step of the translation cycle, elongation factor SelB is a specialised elongation factor needed for co-translational selenocysteine incorporation, and ribosomal protein L1 is a primary binding protein in ribosome assembly.<br/><br>
<br/><br>
The structure of RRF from &lt;i&gt;Thermotoga maritima&lt;/i&gt; was solved by X-ray crystallography. RRF is an L-shaped molecule with size and shape very similar to tRNA. This similarity in combination with data from the literature suggests that RRF can bind similarly to a tRNA to the ribosomal A-site.<br/><br>
<br/><br>
The structure of a C-terminal, mRNA binding, part of SelB (SelB-C) from &lt;i&gt;Moorella thermoacetica&lt;/i&gt; was solved. SelB-C consists of four winged-helix domains arranged into an L-shaped structure. The RNA binding site could be located in the structure based on sequence conservation and data from the literature. Sterical requirements suggest that the L-shape of SelB-C may have to open during the functional interaction with the ribosome.<br/><br>
<br/><br>
Binding studies were performed with L1 from &lt;i&gt;Thermus thermophilus&lt;/i&gt; and a 61-nucleotide fragment of 23S RNA. This protein-RNA complex was crystallised.},
  author       = {Selmer, Maria},
  isbn         = {91-7874-176-9},
  keyword      = {Molecular biophysics,Molekylär biofysik,crystallography,mimicry,translation factor,L1,SelB,protein synthesis,RRF},
  language     = {eng},
  pages        = {160},
  publisher    = {ARRAY(0xac0f138)},
  title        = {Protein-RNA interplay in translation. Structural studies of RRF, SelB and L1.},
  year         = {2002},
}