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Investigation and prediction of interactions between AU-rich binding proteins and AU rich elements and the generation of the "AREsite" webserver

Jörg Fallmann

Art der Arbeit

Diplomarbeit

Universität

Universität Wien

Fakultät

Zentrum für Molekulare Biologie

Betreuer*in

Ivo Hofacker

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DOI

10.25365/thesis.17132

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-29384.81940.141853-2

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Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Diese Diplomarbeit beschäftigt sich mit der Rolle von AU-reichen Elementen (ARE) und an sie bindende Proteine (AUBPs). AU-reiche Elemente finden sich in der 3’ untranslatierten Region von messenger RNAs(mRNAs). Sie sind RNA Sequenz Motife und die mit ihnen interagierenden AUBPs spielen eine wichtige Rolle in der Regulation der Stabilität von mRNA. In einem Organismus finden sich viele Möglichkeiten die Expression von Genen in Abhaengigkeit des Bedarfs zu regulieren. Eine sehr schnelle und effektive Möglichkeiten stellt die genannte Regulation der mRNA Stabilität dar. Unter den bekannten Mechanismen für diese Art der Regulation finden sich die Interaktionen von AUBPs mit der zu regulierenden mRNA. Diese Proteine binden an AU-reiche Sequenzabschnitte in der 3’ untranslatierten Region von mRNAs und kõnnen ihre Stabilität in Abhängigkeit ihrer Art und Anzahl, sowie agonistischer oder antagonistischer Effekte von weiteren AUBPs oder RNA bindenden Faktoren, regulieren. Die Tatsache der schnellen und effektiven Regulation der Genexpression durch mRNA De-/Stabilisierung lässt diese Proteine und durch sie regulierte mRNAs vermehrt in den Fokus wissenschaftlicher Arbeiten in Bereichen von der Krebsforschung bis hin zur synthetischen Biologie rücken. Das entwickeln eines besseren Verständnisses von ARE Motifen die tatsächlich von AUBPs gebunden werden sowie im Folgenden die Vorhersage neuer durch AUBP regulierter mRNAs mit Hilfe bioinformatischer Methoden waren Ziele dieser Diplomarbeit. Zu diesem Zwecke wurde eine Datenbank generiert, die Transkripte von Maus und Mensch mit von uns annotierten ARE Motifen beinhaltet. Des weiteren enthält die Datenbank Informationen über die Zugänglichkeit und Überrepresentation dieser Motife, sowie phylogenetische Information, welche Allesamt durch das Anwenden von in silico Methoden wie RNA Faltung, der Erstellung multipler Alignments und der Analyse der Nukleotidanreicherung mittels Markov Modellen der Ordnung 0 und 1, erzeugt wurden. Eine zweite Datenbank die Literatur bezüglich der Effekte von AUPBs auf experimentell untersuchte Ziele dieser Proteine enthält wurde ebenfalls aufgebaut. Beide Datenbanken wurden anschliessend vereint um einen Webserver namens ’AREsite’ herzustellen.Dieser Webserver wurde bereits publiziert (1) und ist ein frei zugängliches Werkzeug zur Untersuchung von bekannten sowie der Vorhersage bisher unbekannter mRNAs unter AUPB Regulation. Die Analyse der über den Webserver verfügbaren Information zur Vorhersage neuer AUPB Ziele war Teil dieser Diplomarbeit und die Resultate dieser Analyse sind im Bereich 5 beschrieben. Der Webserver ’AREsite’ ist unter der Adresse http://rna.tbi.univie.ac.at/AREsite erreichbar und wurde bere- its erfolgreich zur Analyse von AUPB Zielen herangezogen (2).

Abstract

(Englisch)

This thesis is focused on AU-rich elements (ARE) and AU-rich binding proteins (AUBPs). AU-rich elements can be found in the 3’ untranslated region of messenger RNAs (mRNAs). They are RNA sequence motifs and their interacting proteins play a a major role for regulation of mRNA stability. Various layers of regulation exist in an organism that allow it to regulate the level of gene expression according to it’s needs. One of those layers is the regulation of mRNA stability, which allows an organism to regulate the amount of protein levels very fast and effective. A well known example for this type of control is the interaction of AU-rich binding proteins and their target mRNA. This proteins can bind to ARE sequence motifs in the mRNAs 3’ untranslated region and stabilize or destabilize their target as a function of the type and amount of AUBPs bound and agonistic or antagonistic effects by other AUBPs or RNA binding factors. As regulation of gene expression via mRNA stability is a very fast and precise method, these proteins and their targets are attracting the attention of researchers in various fields, from cancer research to synthetic biology. The main goal of this thesis is a better understanding of ARE motifs that mark mRNAs as AUBP targets and in the following the prediction of novel AUBP targets with bioinformatical analysis. To analyze these RNA binding proteins, a database was generated, that contains human and mouse transcripts which where annotated for the presence of ARE motifs. Information on the accessibility and fold-enrichment, as well as on phylogenetic conservation of this motifs in known one-to-one orthologs was added by in silico folding of the mRNA 3’ UTRs, the generation of multiple alignments and analyzation of the nucleotide composition in the 3’ UTR with an order-0 and an order-1 markov model . A second database containing literature about the effects of AUBPs on experimentally validated AUBP targets was produced as well. The webserver ’AREsite’ has been built and published (1), combining both databases as backends and making the generated information freely accessible, thereby presenting a tool that can be used to examine known, or to predicted novel AUBP targets. Part of this thesis was the analyzation of information provided by this webserver for the prediction of novel AUBP targets. The results of this analysis are presented in the section 5. The generated webserver ’AREsite’ is avaliable at http://rna.tbi.univie.ac.at/AREsite and has already been used as tool for the analysis of AUBP targets (2).

Autor*innen

Jörg Fallmann

Haupttitel (Englisch)

Investigation and prediction of interactions between AU-rich binding proteins and AU rich elements and the generation of the "AREsite" webserver

Publikationsjahr

2011

Umfangsangabe

138 S.

Sprache

Englisch

Beurteiler*in

Ivo Hofacker

Klassifikationen

30 Naturwissenschaften allgemein > 30.00 Naturwissenschaften allgemein: Allgemeines ,

42 Biologie > 42.13 Molekularbiologie

AC Nummer

AC09423354

Utheses ID

15355

Studienkennzahl

UA | 490 | | |

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Schlagwörter