Title (eng)
Nuclear mRNA recognition and packaging by the Transcription and Export complex
Author
Francis Belén Pacheco Fiallos
Advisor
Clemens Plaschka
Assessor
Alejandro Burga
Marlene Oeffinger
Abstract (deu)
In Eukaryonten durchlaufen naszierende mRNA-Transkripte eine wesentliche Reifung und werden in Boten-Ribonukleoproteinpartikel (mRNPs) verpackt, bevor sie zur ribosomalen Entschlüsselung in das Zytoplasma exportiert werden. Um eine angemessene Proteinsynthese zu gewährleisten, muss der Kernexportprozess die reife mRNA genau differenzieren und gleichzeitig die Vielfalt der proteinkodierenden Gene berücksichtigen. Man geht davon aus, dass der Transkriptions- und Exportkomplex (TREX) die auf der mRNA nach erfolgreicher Verarbeitung abgelagerten Proteinreifezeichen erkennt. Der detaillierte Mechanismus des selektiven mRNA-Exports und seine 3D-Organisation sind jedoch nach wie vor nicht bekannt. Meine Doktorarbeit konzentriert sich auf zwei Hauptziele:
(i) Entschlüsselung des Rekrutierungsmechanismus des menschlichen TREX-Komplexes durch Proteinreifezeichen.
(ii) Enthüllung der dreidimensionalen Architekturen von nuklearen mRNPs.
Um diese Ziele zu erreichen, zeigt meine Dissertation, wie wir Cryo-EM des menschlichen THO–UAP56-Komplexes, des TREX-Kerns, eingesetzt haben, um einen Knotenpunkt multivalenter Interaktionen zu enthüllen. Es folgt ein Überblick über die Entdeckungen unserer Gruppe zur TREX-Biologie und über andere zeitgenössische Fortschritte bei der Maschinerie, die mRNA reift. Abschließend präsentiere ich Cryo-EM-Strukturanalysen von rekonstituierten und endogenen mRNA-Protein-Komplexen, die zeigen, wie TREX menschliche Kern-MRNAs erkennt und verpackt. Mit Hilfe unseres In-vitro-Rekonstitutionsansatzes haben wir ermittelt, wie die TREX-Untereinheit ALYREF mRNPs durch Interaktionen mit dem Exon Junction Complex erkennt. Durch Einzelpartikel-Cryo-EM-Analysen von humanen, nahezu nativen TREX–mRNPs, Proteinvernetzung und biochemische Tests haben wir ein Modell des vollständigen substratgebundenen TREX erhalten, das zeigt, dass multivalente Protein-Protein- und mRNA-Protein-Wechselwirkungen die selektive mRNP-Bindung und -Kompaktierung antreiben. Außerdem konnten wir mit Hilfe der Kryo-Elektronentomographie zeigen, dass endogene menschliche TREX–mRNPs kompakte globuläre Konformationen annehmen, die von TREX-Komplexen umhüllt sind. Insgesamt zeigen die Erkenntnisse meiner Dissertation, wie TREX mRNAs selektieren, kompaktieren und schützen kann, um ihre Verpackung für den Kernexport zu fördern.
Abstract (eng)
In eukaryotes, nascent mRNA transcripts undergo essential maturation and are packaged into messenger ribonucleoprotein particles (mRNPs) before being exported to the cytoplasm for ribosomal decoding. To ensure adequate protein synthesis, the nuclear export process requires accuracy in differentiating mature mRNA, while accommodating the diversity of protein- coding genes. The transcription and export complex (TREX) is believed to recognize protein maturity marks deposited on the mRNA after successful processing. However, the detailed mechanism of selective mRNA export and its 3D organization remain elusive.
My doctoral research focuses on two primary aims:
(i) Deciphering the recruitment mechanism of the human TREX complex by protein maturity marks.
(ii) Unveiling the three-dimensional architectures of nuclear mRNPs.
Addressing these aims, my thesis demonstrates how we used Cryo-EM of the human THO– UAP56 complex, the TREX complex core, to unveil a hub of multivalent interactions. This is followed by a review encapsulating our group’s discoveries on TREX biology and other contemporary advancements on the machines that matures mRNA. Finally, I present Cryo-EM structural analyses of reconstituted and endogenous mRNA-protein complexes, showing how the TREX complex recognizes and packages nuclear human mRNAs. Through our in vitro reconstitution approach, we determined how the TREX complex subunit ALYREF recognizes mRNPs through interactions with the Exon Junction Complex. Through single particle Cryo- EM analyses of human near-native TREX–mRNPs, protein crosslinking, and biochemical assays, we obtained a model of the complete substrate-bound TREX complex, showing that multivalent protein-protein and mRNA-protein interactions drive selective mRNP binding and compaction. Further, we used cryo-electron tomography to show that endogenous human TREX–mRNPs adopt compact globular conformations, coated by TREX complexes. Collectively, the insights contained in my thesis detail how the TREX complex may select, compact, and protect mRNAs to promote their packaging for nuclear export.
Keywords (deu)
mRNA-ExportTREX-KomplexEJC-KomplexErkennung reifer mRNAmRNP-VerpackungKryo-EM
Keywords (eng)
mRNA ExportTREX ComplexEJC ComplexMature mRNA RecognitionmRNP PackagingCryo-EM
Subject (deu)
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
Extent (deu)
97 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Number of pages
103
Study plan
Doctor of Philosophy-Doktoratsstudium NAWI Bereich Lebenswissenschaften (DissG: Molekulare Biologie)
[UA]
[794]
[685]
[490]
Association (deu)
Title (eng)
Nuclear mRNA recognition and packaging by the Transcription and Export complex
Author
Francis Belén Pacheco Fiallos
Abstract (deu)
In Eukaryonten durchlaufen naszierende mRNA-Transkripte eine wesentliche Reifung und werden in Boten-Ribonukleoproteinpartikel (mRNPs) verpackt, bevor sie zur ribosomalen Entschlüsselung in das Zytoplasma exportiert werden. Um eine angemessene Proteinsynthese zu gewährleisten, muss der Kernexportprozess die reife mRNA genau differenzieren und gleichzeitig die Vielfalt der proteinkodierenden Gene berücksichtigen. Man geht davon aus, dass der Transkriptions- und Exportkomplex (TREX) die auf der mRNA nach erfolgreicher Verarbeitung abgelagerten Proteinreifezeichen erkennt. Der detaillierte Mechanismus des selektiven mRNA-Exports und seine 3D-Organisation sind jedoch nach wie vor nicht bekannt. Meine Doktorarbeit konzentriert sich auf zwei Hauptziele:
(i) Entschlüsselung des Rekrutierungsmechanismus des menschlichen TREX-Komplexes durch Proteinreifezeichen.
(ii) Enthüllung der dreidimensionalen Architekturen von nuklearen mRNPs.
Um diese Ziele zu erreichen, zeigt meine Dissertation, wie wir Cryo-EM des menschlichen THO–UAP56-Komplexes, des TREX-Kerns, eingesetzt haben, um einen Knotenpunkt multivalenter Interaktionen zu enthüllen. Es folgt ein Überblick über die Entdeckungen unserer Gruppe zur TREX-Biologie und über andere zeitgenössische Fortschritte bei der Maschinerie, die mRNA reift. Abschließend präsentiere ich Cryo-EM-Strukturanalysen von rekonstituierten und endogenen mRNA-Protein-Komplexen, die zeigen, wie TREX menschliche Kern-MRNAs erkennt und verpackt. Mit Hilfe unseres In-vitro-Rekonstitutionsansatzes haben wir ermittelt, wie die TREX-Untereinheit ALYREF mRNPs durch Interaktionen mit dem Exon Junction Complex erkennt. Durch Einzelpartikel-Cryo-EM-Analysen von humanen, nahezu nativen TREX–mRNPs, Proteinvernetzung und biochemische Tests haben wir ein Modell des vollständigen substratgebundenen TREX erhalten, das zeigt, dass multivalente Protein-Protein- und mRNA-Protein-Wechselwirkungen die selektive mRNP-Bindung und -Kompaktierung antreiben. Außerdem konnten wir mit Hilfe der Kryo-Elektronentomographie zeigen, dass endogene menschliche TREX–mRNPs kompakte globuläre Konformationen annehmen, die von TREX-Komplexen umhüllt sind. Insgesamt zeigen die Erkenntnisse meiner Dissertation, wie TREX mRNAs selektieren, kompaktieren und schützen kann, um ihre Verpackung für den Kernexport zu fördern.
Abstract (eng)
In eukaryotes, nascent mRNA transcripts undergo essential maturation and are packaged into messenger ribonucleoprotein particles (mRNPs) before being exported to the cytoplasm for ribosomal decoding. To ensure adequate protein synthesis, the nuclear export process requires accuracy in differentiating mature mRNA, while accommodating the diversity of protein- coding genes. The transcription and export complex (TREX) is believed to recognize protein maturity marks deposited on the mRNA after successful processing. However, the detailed mechanism of selective mRNA export and its 3D organization remain elusive.
My doctoral research focuses on two primary aims:
(i) Deciphering the recruitment mechanism of the human TREX complex by protein maturity marks.
(ii) Unveiling the three-dimensional architectures of nuclear mRNPs.
Addressing these aims, my thesis demonstrates how we used Cryo-EM of the human THO– UAP56 complex, the TREX complex core, to unveil a hub of multivalent interactions. This is followed by a review encapsulating our group’s discoveries on TREX biology and other contemporary advancements on the machines that matures mRNA. Finally, I present Cryo-EM structural analyses of reconstituted and endogenous mRNA-protein complexes, showing how the TREX complex recognizes and packages nuclear human mRNAs. Through our in vitro reconstitution approach, we determined how the TREX complex subunit ALYREF recognizes mRNPs through interactions with the Exon Junction Complex. Through single particle Cryo- EM analyses of human near-native TREX–mRNPs, protein crosslinking, and biochemical assays, we obtained a model of the complete substrate-bound TREX complex, showing that multivalent protein-protein and mRNA-protein interactions drive selective mRNP binding and compaction. Further, we used cryo-electron tomography to show that endogenous human TREX–mRNPs adopt compact globular conformations, coated by TREX complexes. Collectively, the insights contained in my thesis detail how the TREX complex may select, compact, and protect mRNAs to promote their packaging for nuclear export.
Keywords (deu)
mRNA-ExportTREX-KomplexEJC-KomplexErkennung reifer mRNAmRNP-VerpackungKryo-EM
Keywords (eng)
mRNA ExportTREX ComplexEJC ComplexMature mRNA RecognitionmRNP PackagingCryo-EM
Subject (deu)
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103
Association (deu)
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