Analysis of the role of RNA silencing protein 1 (Rsp1) in the biogenesis of ~23-24 nt sRNAs in Tetrahymena thermophila

RNA interference (RNAi) pathways regulate a variety of biological processes, including normal cell growth and development, through the action of protein-RNA complexes containing small RNAs (sRNAs). Our research focused an RNAi pathway in the ciliated unicellular eukaryote Tetrahymena thermophila. This pathway produces ~23-24 nucleotide (nt) sRNAs through the action of RNA-dependent RNA polymerase (RdRP) complexes (complexes termed RdRCs) and their interaction with an RNA nuclease called Dicer 2 (Dcr2). The accumulation of sRNAs also requires a protein called RNA Silencing Protein 1 (Rsp1) which associates with a subset of RdRC proteins. In this study, we first sought to learn more about the potential function and evolutionary conservation of Rsp1 by examining its sequence. Our results indicate Rsp1 may have structural similarity to RNA polymerases, including RdRPs, but lacks the conserved catalytic residues for RNA synthesis. We also identified Rsp1-like predicted proteins in other Tetrahymena species, but no clear homologs in more distantly related organisms. Second, we tested three hypotheses for why Rsp1 is required for sRNA accumulation: 1) Rsp1 stabilizes the precursor RNA transcripts that are later processed into sRNA, 2) Rsp1 is necessary for the accumulation of RdRC proteins, and 3) Rsp1 is necessary for correct assembly of RdRCs. Our experimental results indicate that Rsp1 does not appear to regulate sRNA biogenesis by regulating the levels of sRNA precursors or RdRC proteins levels. Instead, purification of RdRCs revealed that in strains lacking Rsp1, RdRCs cannot be recovered. This suggests that RdRCs are disrupted somehow in the absence of Rsp1

A versatile structural domain analysis server using profile weight matrices

The WEB tool "AnDom" assigns to a given protein sequence all experimentally determined structural domains contained within it, including multidomain and large proteins. The server uses profile specific matrices from custom generated multiple sequence alignments of all known SCOP domains (SCOP version 1.50). Prediction time is short allowing numerous applications for structural genomics including investigation of complex eucaryotic protein families. The WWW server is at http://www.bork.embl-heidelberg.de/AnDom, and profiles can be downloaded at ftp.bork.embl-heidelberg.de/pub/users/schmidt/AnDom

Genetic analyses of bovine CARD15, a putative disease resistance gene

Through a binding partner the CARD15 gene activates NF-kB, a molecule with a role in the initiation of the inflammatory immune response. The gene is highly conserved in both structure and function in human and mouse and has recently been implicated as a disease resistance gene in Crohn's disease and Blau Syndrome in human. The gene's relationship to disease and its conservation between species suggests that it may also have a conserved role in bovine disease resistance. To elucidate the potential role of bovine CARD15 in disease resistance, the gene was characterized in cattle. Bovine CARD15 is located 4.2 cR5000 telomeric to ADCY7 on chromosome 18. It spans ~30 kb and is comprised of 12 exons, 11 of which are coding. Bovine CARD15 is expressed in many tissues, but is most abundant in peripheral blood leukocytes. An extensive comparative analysis between the bovine, mouse and human CARD15 genes revealed high levels of inter-species conservation in sequence, genomic structure and protein domains. Conserved putative regulatory motifs were identified in the three species comparison of the 5'UTR, 3'UTR and the intronic sequences flanking exons. Additionally, diverse regulatory motifs were identified in each of the species indicating an evolutionary divergence in the mechanisms of regulation of gene expression. To assess the extent of genetic diversity within bovine CARD15, 41 individuals from nine breeds representing two subspecies were sequenced and screened for polymorphisms. Thirty-six single nucleotide polymorphisms (SNPs) were identified including 26 within the gene transcript. Haplotypes were estimated for each individual and parsimonious SNP sets were identified with which the multi-locus Bos taurus and Bos indicus haplotypes may be reconstructed. There was a significantly higher rate of substitutions within Bos indicus than in Bos taurus. A significantly higher rate of nonsynonymous to synonymous substitutions was found in Bos taurus indicating that positive Darwinian selection is acting on the gene within this subspecies. Association analyses were performed between these SNP loci and haplotypes with Johne's disease. No overwhelming evidence for a simple causal relationship was detected. Assays are provided to screen populations of cattle for variation in the CARD15 gene

Das AUACCC-bindende Protein Khd4 kontrolliert Morphogenese und Pathogenität in Ustilago maydis

Der phytopathogene Basidiomyzet Ustilago maydis ist der Erreger des Maisbeulenbrandes. Für eine erfolgreiche Infektion der Wirtspflanze Zea mays ist die Bildung eines dikaryotischen Filaments erforderlich. Erst in diesem Stadium kann der Pilz die Pflanzenoberfläche penetrieren und die Tumorbildung induzieren. U. maydis stellt nicht nur ein Modellsystem für die Pilz/Wirt-Interaktion dar, sondern wurde in der Vergangenheit bspw. auch für Untersuchungen der DNA-Reparatur oder der RNA-Biologie genutzt. Erste Charakterisierungen des Einflusses RNA-bindender Proteine auf die Pathogenität deuteten dabei an, dass die posttranskriptionelle Regulation innerhalb des infektiösen Stadiums eine bedeutende Rolle spielt. Jedoch wurden bisher nur wenige RNA-bindende Proteine hinsichtlich ihrer regulatorischen Funktion in filamentösen Pilzen näher charakterisiert. In dieser Arbeit wurde die Rolle des RNA-bindenden Proteins Khd4 von U. maydis detailliert untersucht. Die Deletion des Gens führt zu einem pleiotropen Phänotyp, der sich in einem Zytokinesedefekt haploider Sporidien, reduzierter Filamentbildung und stark verringerter Virulenz äußert. Um die Funktion von Khd4 hinsichtlich dessen Einfluss auf Morphologie und Pathogenität zu verstehen, wurde die RNA/Protein-Interaktion charakterisiert und mögliche Ziel-Transkripte identifiziert. In dieser Dissertation konnte gezeigt werden, dass die Tandem-KH-Domänen 3 und 4 essentiell für die Funktion von Khd4 und für die RNA-Bindung in vivo sind. Mutationen wichtiger Aminosäuren innerhalb dieser Domänen äußerten sich in einem dem khd4Δ-ähnlichen Phänotyp und verhinderten die Bindung AUACCC-enthaltender RNA, welches mit Hilfe des Hefe-Drei-Hybrid-Systems ermittelt werden konnte. Die Anwesenheit des cis-aktiven Elements AUACCC war dabei sowohl notwendig als auch hinreichend. Um zu untersuchen, ob es sich bei diesem Motiv um ein regulatorisches RNA-Element in U. maydis handelt, wurden zwei unabhängige Analysen durchgeführt. Zum einen wurde über Microarray-Analysen ermittelt, dass das Motiv AUACCC in differentiell regulierten mRNAs angereichert war (29 von 72 regulierten mRNAs). Über bioinformatische Analysen wurde zum anderen eine signifikante Anreicherung des Motivs in den ersten 150 Nukleotiden der 3untranslatierten Region (UTR) festgestellt. Die Untersuchung experimentell ermittelter 3UTR-Längen bestätigte dabei diese Anreicherung. Weiterhin war die überwiegende Mehrheit der differentiell regulierten Transkripte im khd4-Deletionsstamm hochreguliert, was für eine destabilisierende Funktion von Khd4 sprach. Unterstützt wurde diese Hypothese durch die partielle Kolokalisation von Khd4 mit processing bodies (prozessierenden Körpern, P-bodies), welche in mRNA-Abbauprozessen von hoher Bedeutung sind. Die 29 AUACCC-enthaltenden, differentiell deregulierten Transkripte stellen außerdem direkte Ziel-Transkripte dar, welche einen Einfluss auf den Phänotyp des khd4Δ-Stammes besitzen könnten. Folglich scheint die RNA-Bindung von Khd4 essentiell zu sein, um posttranskriptionell AUACCC-enthaltende mRNAs durch Rekrutierung von P-bodies zu degradieren. Mit Hilfe der Khd4-abhängigen Regulation wird dadurch möglicherweise die korrekte Entwicklung des haploiden und infektiösen Stadiums von U. maydis gewährleistet