Posttranskriptionelle Genregulation - die Funktion der ZBP Proteinfamilie unter zellulärem Stress

Abstract

Während der zellulären Stressantwort werden mRNAs zum Schutz vor Abbau in so genannte Stress Granules (SGs) rekrutiert. SGs sind reversible Aggregate aus verschiedenen Proteinen und Translationsinitiationsfaktoren sowie der Mehrheit zytoplasmatischer mRNAs. Letztere werden in einer translationell reprimierten Form in diesen Strukturen gespeichert, können nach Stresserholung translationell reinitiiert werden. Über diesen Mechanismus wie mRNAs unter Stress vor Abbau geschützt werden, war bislang jedoch kaum etwas bekannt. Diese Arbeit beschreibt erstmals die onkofötal exprimierte ZBP Proteinfamilie, welche verschiedene Funktionen in der posttranskriptionellen Genregulation erfüllt, als ubiquitäre Komponente von SGs. Darüber hinaus wird gezeigt, dass ZBP1 (Zipcode Binding Protein 1), ein RNA bindendes Protein, welches unter physiologischen Bedingungen die Lokalisierung, Translation oder Stabilität seiner Ziel-mRNAs reguliert, in die Stabilisierung aller bisher bekannten Ziel-mRNAs unter Stress involviert ist. Basierend auf dieser Funktion konnte ein stressbasierendes Verfahren zur Identifizierung neuer RNA-Liganden (Stress-based Isolation of RNA-Ligands; SIRL) entwickeln, mit dem es gelang neue ZBP1-Liganden zu identifizieren. Diese Ziel-mRNAs, welche unter Stress durch ZBP1 stabilisiert werden, werden unter physiologischen Bedingungen entweder auf der Ebene der mRNA-Stabilität oder aber der Translation durch das Protein reguliert. Diese Daten legen nahe, dass ZBP1 unter Stress als "gatekeeper" in SGs fungiert und dadurch den Abbau seiner mRNA-Liganden verhindert.

During cellular stress, cytoplasmic mRNAs are recruited to stress granules (SGs) to protect them from decay. Within these foci, mRNAs are stabilized in a translationally silenced state so they can resume translation upon stress release. How mRNAs are protected from premature degradation under stress conditions remains so far elusive. This work identifies members of the oncofetale ZBP protein family (Zipcode Binding Protein), which are involved in posttranscriptional gene regulation, as ubiquitous components of SGs during stress. Moreover this work demonstrates, that ZBP1 (Zipcode Binding Protein 1), an RNA-binding protein regulating RNA localization, translation, and stability under normal conditions, is involved in the stabilization of its target mRNAs under stress conditions. By using ZBP1 as bait in a Stress-based Isolation of RNA-Ligands (SIRL), novel target mRNAs were identified by selective destabilization upon cellular stress and ZBP1 knockdown. Under normal conditions, these same transcripts are either stabilized or translationally regulated by ZBP1. Hence, during stress ZBP1 adopts a "gatekeeper" function in SGs where it retains its mRNA targets to prevent premature mRNA degradation.