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RNA structural remodeling by RNA annealer proteins and RNA chaperones
Martina Dötsch
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Betreuer*in
Renée Schroeder
DOI
10.25365/thesis.17060
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-16426.62078.656078-2
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Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Wie alle anderen biologischen Makromoleküle nimmt RNS spezifische dreidimensionale Strukturen an, um seine Aufgaben innerhalb der Zelle zu erfüllen. Gleichwohl ist strukturelle Flexibilität unumgänglich für viele RNS-Moleküle, die in mehr als einer funktionellen Konformation vorliegen und sich an Umwelteinflüsse anpassen müssen. Desweiteren trägt die Umorganisation von falsch gefalteten Strukturen zur ökonomischen Nutzung von bereits synthetisierten Nukleinsäuren bei. Die Faltung genau wie die Destabilisierung von Sekundär- und Tertiärstrukturen der RNS wird von verschiedenen externen Faktoren wie Ionen, kleinen positiv geladenen Molekülen und spezifisch oder unspezifisch bindenden Proteinen unterstützt. In dieser Arbeit werden die molekularen Mechanismen beider Aktivitäten mithilfe der unspezifisch bindenden Peptide HIV-1 Tat(44-61) und E. coli CTD-StpA detailliert untersucht. Das Tat(44-61)-Peptid beschleunigt das Basenpaaren von komplementären RNS-Molekülen durch eine Überführung des RNS-Einzelstranges in eine basenpaar-kompetente Konformation. Außerdem verschiebt es das thermodynamische Gleichgewicht zwischen einzel- und doppelsträngiger RNS in Richtung der doppelsträngigen Form. Im Gegensatz dazu destabilisiert CTD-StpA Doppelstränge, wodurch es Strangaustausch, einen Schlüsselprozess von RNS-Umfaltung, ermöglicht. Es wird gezeigt, dass die Energiequelle für den energetisch unvorteilhaften Entfaltungsprozess ein schon früher postulierter Entropie-Transfer ist. Interessanterweise beschleunigt CTD-StpA ebenfalls das Basenpaaren von RNS-Molekülen. Eine Erklärung für die Vereinbarkeit dieser scheinbar gegensätzlichen Aktivitäten wird vorgestellt. Außerdem wird die Wichtigkeit der elektrostatischen und transienten Natur der Interaktionen der Peptide mit ihren Substraten herausgearbeitet. Ein generelles Model für die Beschleunigung des Basenpaarens und Strangaustausch wird vorgeschlagen. Als Abschluss wird eine mögliche biologische Rolle der RNS-Remodellierungsaktivität des HIV-1 Tat Proteins diskutiert.
Abstract
(Englisch)
As with all biological macromolecules, RNA molecules need to adopt distinct three-dimensional structures in order to complete their tasks inside the cell. Nevertheless, structural flexibility is a necessity for many RNAs that exist in more than one functional conformation and that need to adapt to environmental stimuli. Furthermore, structural reorganization of misfolded intermediates contributes to the economical usage of already synthesized nucleic acids. Folding as well as destabilization of RNA secondary and tertiary structures is facilitated through different external factors such as ions, small positively charged molecules and specifically or nonspecifically binding proteins. Here, the molecular mechanisms of both activities are studied at high resolution using the nonspecifically binding peptide models HIV-1 Tat(44-61) and E. coli CTD-StpA. The Tat(44-61) peptide accelerates annealing of complementary RNA molecules through the conversion of the RNA single-strand into an annealing-competent conformation. It furthermore shifts the thermodynamic equilibrium between RNA single- and double-stranded forms towards the latter. Conversely, CTD-StpA destabilizes double-strands and thus enables strand exchange - a key process of RNA refolding. The source of energy for the energetically unfavorable RNA unfolding process is shown to be an entropy transfer as was proposed earlier. Interestingly, CTD-StpA also accelerates the RNA annealing reaction. An explanation reconciling these two seemingly opposing activities is introduced. Furthermore, the importance of the transient electrostatic nature of the interaction between the two peptides and their substrates is elaborated. A more general model for annealing acceleration and strand displacement is proposed. Finally, a potential biological role of the RNA structural remodeling activity of HIV-1 Tat is discussed.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
RNA folding RNA annealer proteins RNA chaperones HIV-1 Tat E. coli StpA HIV-1 TAR RNA kinetics thermodynamics entropy transfer FRET fluorescence UV melting
Schlagwörter
(Deutsch)
RNS-Faltung RNS-Annealer-Proteine RNA-Chaperone HIV-1 Tat E. coli StpA Kinetik Thermodynamik Entropie-Transfer FRET Schmelzkurven HIV-1 TAR-RNS Fluoreszenz
Autor*innen
Martina Dötsch
Haupttitel (Englisch)
RNA structural remodeling by RNA annealer proteins and RNA chaperones
Paralleltitel (Deutsch)
Remodellieren von RNS-Struktur durch RNS-Annealer-Proteine und RNS-Chaperone
Publikationsjahr
2011
Umfangsangabe
VIII, 191, XIV S. : Ill., graph. Darst.
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Christina Waldsich ,
Eric Westhof
Klassifikationen
42 Biologie > 42.12 Biophysik ,
42 Biologie > 42.13 Molekularbiologie
AC Nummer
AC08947429
Utheses ID
15290
Studienkennzahl
UA | 091 | 490 | |