Universitätsbibliothek Wien

A study of nuclear acting small RNApost-transcriptional modification and nuclear import

Kurth, Henriette (2010) A study of nuclear acting small RNApost-transcriptional modification and nuclear import.
Dissertation, University of Vienna. Zentrum für Molekulare Biologie
BetreuerIn: Kazufumi, Mochizuki

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URN: urn:nbn:at:at-ubw:1-30417.67911.270454-3
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Abstract in English

Small RNAs, ~20–30 nucleotides (nt) in length regulate gene expression at the transcriptional and post-transcriptional levels. In the plant Arabidopsis, all small RNAs are 3’-terminal 2’-O-methylated by HEN1, whereas only a subset of small RNAs carries this modification in metazoans. Methylation is known to stabilize small RNAs, but its biological significance remains unclear. In Tetrahymena, two classes of small RNAs have been identified: 28–29 nt RNAs (scnRNAs), that are expressed only during sexual reproduction, and constitutively expressed 23–24 nt siRNAs. In the first part of my PhD study, I have investigated the role of scnRNA methylation in Tetrahymena. I have demonstrated that scnRNAs, but not siRNAs, are 2’-O-methylated at their 3’ ends. The Tetrahymena HEN1 homolog Hen1p is responsible for scnRNA 2’-O-methylation. Loss of Hen1p causes a gradual reduction in the level and length of scnRNAs, defects in programmed DNA elimination and inefficient production of sexual progeny. Therefore, Hen1p-mediated 2’-O-methylation stabilizes scnRNAs and ensures DNA elimination in Tetrahymena. My study shows that 3’-terminal 2’-O-methylation on a selected class of small RNAs regulates the function of a specific RNAi pathway. scnRNAs are loaded onto the Argonaute protein Twi1p in the cytoplasm, but have been demonstrated to act in the nucleus. The process that transports loaded Argonaute proteins into the nucleus is generally poorly understood. In the second part of my PhD study, I was part of a project that investigated the nuclear import of Twi1p. We identified a novel protein, Giw1p, which binds to Twi1p and is required for its nuclear localization. Interestingly, Giw1p neither binds to unloaded Twi1p nor to Twi1p complexed with double stranded RNA. This suggests that Giw1p is able to sense the state of the Twi1p-scnRNA complex and selectively transports only the mature complex into the nucleus. The basis for this selective binding is most likely a conformational change of the Argonaute protein. This is the first report of a protein that can sense the loading state of an Argonaute.

Schlagwörter in Englisch

small RNA / Piwi / Argonaute / 2'-O-methylation / HEN1 / nuclear import

Abstract in German

Kleine, ~20-30 Nukleotide (nt) lange RNAs können Genexpression sowohl auf transkriptioneller, als auch auf post-transkriptioneller Ebene regulieren. In Arabidopsis sind alle kleinen RNAs am 3’ Ende 2’-O-methyliert. In Metazoen hingegen trägt nur ein Teil der kleinen RNAs diese Modifikation. Es ist zwar erwiesen, dass kleine RNAs durch Methylierung stabilisiert werden, die biologische Bedeutung dieser Modifikation ist jedoch unzureichend verstanden. Tetrahymena thermophila exprimiert zwei Klassen von kleinen RNAs. Die erste Klasse setzt sich aus ständig exprimierten ~23–24 nt siRNAs zusammen, während ~28–29 nt scnRNAs die zweite Klasse bilden. Die Funktion der Methylierung von kleinen RNAs in Tetrahymena untersuchte ich im ersten Teil meiner Doktorarbeit. Ich konnte zeigen, dass scnRNAs, aber nicht siRNAs, an ihren 3’ Enden methyliert sind. Das Tetrahymena HEN1 Homolog Hen1p katalysiert diese Reaktion. Das Fehlen von Hen1p hat eine Verkürzung, sowie einen teilweisen Abbau der scnRNAs zur Folge. Diese Destabilisierung führt zu einem Defekt in der DNA Eliminierung, wodurch die Anzahl sexueller Nachkommen stark reduziert wird. Unsere Studie zeigt, dass 2’-O-Methylierung von kleinen RNAs einen spezifischen RNAi Stoffwechselweg in Eukaryoten regulieren kann. Das Argonautprotein Twi1p wird im Zytoplasma mit scnRNA beladen, entfaltet seine Funktion aber im Zellkern. Im zweiten Teil meiner Doktorarbeit untersuchten wir, wie beladene Argonautproteine erkannt und in den Zellkern transportiert werden. Wir identifizierten ein neues Protein, Giw1p, welches mit Twi1p interagiert und für dessen Lokalisation im Zellkern verantwortlich ist. Giw1p bindet weder an unbeladenes, noch an mit doppelsträngiger RNA beladenes Twi1p. Dies deutet darauf hin, dass Giw1p den Zustand des Argonaut-scnRNA Komplexes erkennt und nur den reifen Komplex in den Zellkern transportiert. Ein möglicher Grund für diesen selektiven Transport ist eine Konformationsänderung von Twi1p. Dies ist die erste Beschreibung eines Proteins, welches die Beladung eines Argonauts erkennen kann.

Schlagwörter in Deutsch

kleine RNA / Piwi / Argonautprotein / 2'-O-Methylierung / HEN1 / Import in den Zellkern

Item Type: Hochschulschrift (Dissertation)
Author: Kurth, Henriette
Title: A study of nuclear acting small RNApost-transcriptional modification and nuclear import
Umfangsangabe: 88 S. : Ill., graph.Darst.
Institution: University of Vienna
Faculty: Zentrum für Molekulare Biologie
Publication year: 2010
Language: eng ... Englisch
Supervisor: Kazufumi, Mochizuki
Assessor: Martinez, Javier
2. Assessor: Collins, Kathleen
Classification: 30 Naturwissenschaften allgemein > 30.00 Naturwissenschaften allgemein: Allgemeines
42 Biologie > 42.13 Molekularbiologie
AC Number: AC08230227
Item ID: 10548
(Das PDF-Layout ist ident mit der Druckausgabe der Hochschulschrift.)

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