Proteinfaltung im Zytosol der Bäckerhefe Saccharomyces cerevisiae

Im ersten Teil dieser Arbeit, der sich mit der Untersuchung der Bindung zytosolischer Chaperone am ribosomalen Polypeptid-Austrittstunnel beschäftigt, wurde die ribosomale Untereinheit Rpl25p, die in unmittelbarer Nähe des Polypeptid-Austrittstunnels liegt, als Bindestelle für zytosolische Chaperone, wie den naszente Ketten-assoziierten Komplex (NAC) identifiziert. Auch das Hsp70-Chaperon, Ssb1/2p, wurde in Assoziation mit Rpl25p gefunden. Diese Bindung wurde jedoch nicht näher untersucht. Bei der Etablierung einer Methode zur effizienten Anreicherung von Ribosomen aus Zellextrakten, mittels Präzipitation über einen Epitop-tag an einer ribosomalen Untereinheit, wurde beobachtet, dass ein 3HA-Epitop an Rpl25p, im Gegensatz zu einem 6HA-Epitop an der selben Stelle und an einer anderen ribosomalen Untereinheit, Rpl4ap, im entsprechenden Hefestamm Wachstums- und Translationsdefekte hervorruft. Co-Präzipitationsversuche ergaben, dass sowohl die Assoziation des generellen Hsp70-Chaperons Ssb1/2p, als auch von NAC mit Ribosomen im RPL25-3HA-Hintergrund stark reduziert ist und lieferten damit eine mögliche Erklärung für die beobachteten Defekte. Durch Two-Hybrid-Interaktionen und Co-Präzipitationsexperimente mit immobilisiertem MBP-Rpl25p und Zellextrakten, bzw. gereinigten Chaperonen, konnte gezeigt werden, dass der naszente Ketten-assoziierte Komplex NAC spezifisch, über den N-Terminus der -Untereinheit Egd1p, an Rpl25p bindet. Untersuchungen bezüglich der physiologischen Bedeutung der, nur in der Hefe vorhandenen, alternativen -Untereinheit Btt1p, zeigten, sowohl im Two-Hybrid, als auch in Bindeexperimenten mit Zellextrakten oder gereinigtem Btt1p, dass auch Btt1p direkt mit Rpl25p interagiert. Die starke Sequenzhomologie der N-Termini der -Untereinheiten, führte zu dem Schluss, dass auch Btt1p über seinen N-Terminus an Rpl25p bindet. Egd1p ist jedoch die vorwiegend im Komplex vorliegende -Untereinheit. In Abwesenheit von Egd1p wird die Expression von Btt1p stark erhöht, um das Fehlen dieser Untereinheit zu kompensieren. Sequenzhomologien zwischen Rpl25p und seinem Homolog Rl23p aus E. coli sollten als Ausganspunkt für die Identifizierung der Bindestelle zytosolischer Chaperone, wie NAC und Ssb1/2p an Rpl25p dienen. Versuche, Rpl25p funktionell durch Rl23p zu komplementieren, zeigten jedoch, dass weder Rl23p, noch ein chimäres Protein, in dem ein 50 Aminosäuren langer N terminaler Anhang aus Rpl25p an das E. coli-Protein fusioniert wurde, die Funktion von Rpl25p in der Hefe übernehmen können. Alternativ wurde ein konserviertes Aminosäuremotiv von Rpl25p mutiert, das im E. coli-Protein als Bindestelle für das Chaperon Triggerfaktor dient und dessen Veränderung die Bindung von Triggerfaktor an Rl23p stark reduziert. Die Veränderung dieses Motivs in Rpl25p bedingte zwar eine Reduktion der Bindung von Egd1p an Rpl25p, hatte jedoch keinen Effekt auf die Assoziation von Ssb1/2p mit Rpl25p. Daraus wurde gefolgert, dass nicht dieses Motiv allein für die Bindung zytosolischer Chaperone an Rpl25p verantwortlich ist. Dieser Befund führte außerdem zu der Spekulation, dass die Bindung von Egd1p und Ssb1/2p an Ribosomen durch verschiedene Bindestellen an Rpl25p vermittelt sein könnte. Im zweiten Teil der Arbeit, sollte der Beitrag, den einzelne Untereinheiten des Gim-Komplexes, GimC, zur Interaktion mit den Hauptsubstraten Aktin, α- und -Tubulin leisten untersucht werden. Dazu wurden für jede Untereinheit Verkürzungsmutanten hergestellt, denen die C- und N-terminalen hydrophoben Bereiche fehlen, die diese Wechselwirkung wahrscheinlich vermitteln. Im Gegensatz zu den zuvor untersuchten Deletionsmutanten, beeinträchtigen diese den Komplexaufbau nicht und erlauben daher direkte Rückschlüsse auf die Funktion der jeweiligen veränderten Untereinheit. Die Mutanten wurden zunächst einzeln bezüglich ihrer Sensitivität gegenüber LatrunculinA und Benomyl, Chemikalien, die das Aktin-, bzw. Tubulin-System der Zellen beeinflussen, in vivo charakterisiert. Des Weiteren wurde die Kinetik der Aktinfaltung bei ausgesuchten Mutanten (gim2NTCT, gim5NTCT) gemessen. Diese in vivo Experimente gaben erste Hinweise darauf, dass nicht alle GimC-Untereinheiten für die Bindung jedes Substrats gleich wichtig sind, sondern, in Abhängigkeit vom Substrat, unterschiedliche Rollen spielen. Zum Beispiel scheint die Interaktion mit den Tubulinen vor allem von Gim5p abhängig zu sein, während die anderen Untereinheiten dazu einen geringen (Gim1p, Gim2p, Gim3p) oder gar keinen (Gim4p, Gim6p) Beitrag leisten. Auch bei der Interaktion mit Aktin spielt Gim5p, neben Gim2p, eine tragende Rolle. In diesem Fall führt auch die Verkürzung von Gim3p oder Gim4p zu leichten Defekten, wogegen eine Veränderung von Gim1p oder Gim6p keine Auswirkungen hat. Um diese Ergebnisse durch weiterführende Experimente in vitro validieren zu können, wurde eine Strategie entwickelt, die es erlaubt, den Gim-Komplex und verschiedene Mischformen davon effizient in der Hefe zu exprimieren und daraus zu reinigen. Zu diesem Zweck wurde ein Plasmidsortiment geschaffen, das die starke Überproduktion des Wildtyp-Komplexes und von Mutanten, mit einer, oder bis zu sechs verkürzten Untereinheiten, unter Kontrolle des Kupfer-Promotors ermöglicht. Zur Reinigung dieser Komplexe aus der Hefe wurde ein bestehendes Protokoll abgewandelt und optimiert. Die Substrate, Aktin, α- und -Tubulin, wurden nach heterologer Expression in E. coli in Form von inclusion bodies gewonnen. Mit Hilfe dieser gereinigten Komponenten wurden der Wildtyp-Komplex und ausgewählte Mutanten, bei denen die α-Untereinheiten Gim2p oder Gim5p alleine oder Gim2p und Gim5p zusammen verkürzt waren, bezüglich ihrer Fähigkeit getestet, die Aggregation denaturierten Aktins in vitro zu verhindern. Es zeigte sich, dass die Verkürzung der Gim2p-Untereinheit die Aktinbindung nur wenig beeinträchtigt, wogegen eine Veränderung der Gim5p-Untereinheit eine starke Reduktion gegenüber dem Wildtyp bewirkt. Die entsprechende Doppelmutante ist schließlich nicht mehr in der Lage, die Aggregation denaturierten Aktins zu verhindern. Dieses Ergebnis konnte durch Translationsexperimente bestätigt werden, bei denen die verschiedenen Gim-Komplexe bezüglich ihrer Fähigkeit getestet wurden, de novo synthetisiertes Aktin in Lösung zu halten. Auch hier hatte die Veränderung von Gim2p nur einen geringen Effekt, während eine Verkürzung von Gim5p zu einer drastischen Anreicherung des neu-synthetisierten Aktins in der unlöslichen Proteinfraktion führte. In diesen Experimenten wurde erstmals auch der Beitrag dieser Untereinheiten zur Interaktion von GimC mit α-Tubulin untersucht. Hier zeigte sich, dass alleine die Verkürzung der Gim5p-Untereinheit ausreicht, um die Wechselwirkung von GimC mit diesem Substrat komplett zu verhindern

Insights into the assembly and architecture of a Staufen-mediated mRNA decay (SMD)-competent mRNP

The mammalian Staufen proteins (Stau1 and Stau2) mediate degradation of mRNA containing complex secondary structures in their 3’-untranslated region (UTR) through a pathway known as Staufen-mediated mRNA decay (SMD). This pathway also involves the RNA helicase UPF1, which is best known for its role in the nonsense-mediated mRNA decay (NMD) pathway. Here we present a biochemical reconstitution of the recruitment and activation of UPF1 in context of the SMD pathway. We demonstrate the involvement of UPF2, a core NMD factor and a known activator of UPF1, in SMD. UPF2 acts as an adaptor between Stau1 and UPF1, stimulates the catalytic activity of UPF1 and plays a central role in the formation of an SMD-competent mRNP. Our study elucidates the molecular mechanisms of SMD and points towards extensive cross-talk between UPF1-mediated mRNA decay pathways in cells

Intrinsically disordered regions of tristetraprolin and DCP2 directly interact to mediate decay of ARE-mRNA

The RNA-binding protein tristetraprolin (TTP) is a potent activator of mRNA decay, specifically for transcripts bearing AU-rich elements (AREs) in their 3′-untranslated regions. TTP functions as a mediator for mRNA decay by interacting with the decay machinery and recruiting it to the target ARE-mRNA. In this study, we report a weak, but direct interaction between TTP and the human decapping enzyme DCP2, which impacts the stability of ARE transcripts. The TTP–DCP2 interaction is unusual as it involves intrinsically disordered regions (IDRs) of both binding partners. We show that the IDR of DCP2 has a propensity for oligomerization and liquid–liquid phase separation in vitro. Binding of TTP to DCP2 leads to its partitioning into phase-separated droplets formed by DCP2, suggesting that molecular crowding might facilitate the weak interaction between the two proteins and enable assembly of a decapping-competent mRNA–protein complex on TTP-bound transcripts in cells. Our studies underline the role of weak interactions in the cellular interaction network and their contribution towards cellular functionality

Eye movements track prioritized auditory features in selective attention to natural speech

Over the last decades, cognitive neuroscience has identified a distributed set of brain regions that are critical for attention. Strong anatomical overlap with brain regions critical for oculomotor processes suggests a joint network for attention and eye movements. However, the role of this shared network in complex, naturalistic environments remains understudied. Here, we investigated eye movements in relation to (un)attended sentences of natural speech. Combining simultaneously recorded eye tracking and magnetoencephalographic data with temporal response functions, we show that gaze tracks attended speech, a phenomenon we termed ocular speech tracking. Ocular speech tracking even differentiates a target from a distractor in a multi-speaker context and is further related to intelligibility. Moreover, we provide evidence for its contribution to neural differences in speech processing, emphasizing the necessity to consider oculomotor activity in future research and in the interpretation of neural differences in auditory cognition

Structural basis of SNAPc-dependent snRNA transcription initiation by RNA polymerase II

RNA polymerase II (Pol II) carries out transcription of both protein-coding and non-coding genes. Whereas Pol II initiation at protein-coding genes has been studied in detail, Pol II initiation at non-coding genes, such as small nuclear RNA (snRNA) genes, is less well understood at the structural level. Here, we study Pol II initiation at snRNA gene promoters and show that the snRNA-activating protein complex (SNAPc) enables DNA opening and transcription initiation independent of TFIIE and TFIIH in vitro. We then resolve cryo-EM structures of the SNAPc-containing Pol IIpre-initiation complex (PIC) assembled on U1 and U5 snRNA promoters. The core of SNAPc binds two turns of DNA and recognizes the snRNA promoter-specific proximal sequence element (PSE), located upstream of the TATA box-binding protein TBP. Two extensions of SNAPc, called wing-1 and wing-2, bind TFIIA and TFIIB, respectively, explaining how SNAPc directs Pol II to snRNA promoters. Comparison of structures of closed and open promoter complexes elucidates TFIIH-independent DNA opening. These results provide the structural basis of Pol II initiation at non-coding RNA gene promoters

How Are Urban Green Spaces and Residential Development Related? A Synopsis of Multi-Perspective Analyses for Leipzig, Germany

The relationship between urban green spaces (UGS) and residential development is complex: UGS have positive and negative immediate impacts on residents’ well-being, residential location choice, housing, and land markets. Property owners and real estate agents might consider how prospective clients perceive UGS and act accordingly, while urban planners influence UGS location and management as well as aim at steering the built environment. Typically, studies focus on one of these perspectives at a time. Here, we provide a synopsis of results from studies, taking different perspectives for a single case study: Leipzig, Germany. We summarise and discuss the findings of eight studies on UGS and residential development. In detail, these studies focus on spatial pattern analysis, hedonic pricing analysis, mixed-methods studies on experts’ perspectives, surveys, and choice experiments exploring residents’ perceptions of UGS. We reflect on the feasibility of deriving a synthesis out of these independent studies and to what extent context matters. We conclude that both triangulating of data and methods, as well as long-term and context-sensitive studies are needed to explain the interlinkages between UGS and residential development and their context dependency.Peer Reviewe

Skeletal-Muscle Glutamine Synthase is Upregulated in Preclinical Prion Diseases

In prion diseases, aggregates of misfolded prion protein (PrP$^{Sc}$) accumulate not only in the brain but can also be found in various extraneural tissues. This raises the question whether prion-specific pathologies arise also in these tissues. Here we sequenced mRNA transcripts in skeletal muscle, spleen and blood of prion-inoculated mice at eight timepoints during disease progression. We detected consistent gene-expression changes in all three organs, with skeletal muscle showing the most uniform alterations during disease progression. The glutamate synthetase (GLUL) gene was monotonically upregulated in skeletal muscle of mice infected with three different scrapie prion strains (RML, ME7 and 22L) and in human sporadic Creutzfeldt-Jakob disease. GLUL dysregulation was accompanied by changes in glutamate/glutamine metabolism, leading to reduced glutamate levels in skeletal muscle. None of these changes were observed in skeletal muscle of humans with amyotrophic lateral sclerosis, Alzheimer’s disease, or dementia with Lewy bodies, suggesting that they are specific to prion diseases. Besides pointing to unrecognized metabolic implications of prion infections, these findings suggest that GLUL could represent an accessible biomarker of prion disease progression, particularly during the preclinical stages of disease, and might be useful for monitoring the efficacy of experimental antiprion therapies

The West Midland Space Sector Strengths, Underpinning Assets, and Market

This report outlines the key findings from the West Midlands Space Cluster project. The project has:• mapped regional space activities in industry, academia and beyond • developed a vision for how the region could become a major player in space industry – identified the regional specialisms and networking opportunities• assessed the opportunities for the regional supply chain to join these developments and hence the realise growth potential for the regionThere have been four key stages of research, these are:• Phase 1 – Secondary Data Analysis of Space Sector Firms in the Region • Phase 2 – Secondary Data Analysis of Underlying Assets in the Region • Phase 3: Interviews with Key Stakeholders • Phase 4: Local Space Leadership GroupThe project was led by WMREDI/City-REDI and supported by Professor Kai Bongs (Director of Innovation – College for Engineering and Physical Sciences) and Tariq Ali (Deputy Pro-Vice Chancellor for Strategic Partnerships, University of Birmingham, and Vice-Provost for Research & Innovation).This report developed in partnership with the West Midlands Combined Authority, Greater Birmingham and Solihull Local Enterprise Partnership (GBSLEP), the Black Country LEP and Coventry and Warwickshire LEP, under the UKSA Local Space Sector Cluster and Supply Chain Development Funding Call