Biochemische Charakterisierung der siRNA-vermittelten Erkennung ...

2.3 Die Familie der Argonaute Proteine
Neben der in Abschnitt 2.2.2 erläuterten Rolle in der siRNA- und miRNA-vermittelten
RNAi besitzen Ago Proteine weitere, zum Teil weniger gut verstandene Funktionen. In der
Spalthefe S. pombe assoziiert Ago1 mit kurzen RNAs, die von im Zentromer angesiedelten
repetitiven Sequenzen transkribiert werden, sogenannten repeat-associated (ra)siRNAs. Der
Protein-Nukleinsäure-Komplex wird als RNA-induced initiation of transcriptional gene silencing
(RITS) Komplex bezeichnet. Er rekrutiert Methyltransferasen zu spezischen genomischen
Regionen, um dort durch die Methylierung von Lysin 9 des Histons H3 die Bildung
von Heterochromatin zu induzieren [112]. Ähnliche Formen des transcriptional gene silencing
(TGS) sind auch in Panzen und C. elegans bekannt. In D. melanogaster werden PIWI und
Aubergine benötigt, um das Heterochromatin-spezische HP1 in heterochromatischen Bereichen
zu binden [113, 114]. Zusammen mit Ago3 sind sie weiterhin verantwortlich für die Kontrolle
transposabler Elemente und die piRNA-abhängige Genregulation [105, 107, 115, 116].
Mittlerweile ist auch bekannt, dass Ago Proteine an der Biogenese kurzer regulatorischer
RNAs beteiligt sind und somit einen Umgehungsmechanismus zur Prozessierung von Vorläufer-
Molekülen durch Dicer darstellen. Im Zebrasch D. rerio wird die pre-miRNA-451 durch Ago2
prozessiert, was vermutlich von der Sekundärstruktur der pre-miRNA abhängig ist. Defekte
führen zu einer verlangsamten Erythropoese [117]. Mäuse, die homozygot für defekte Ago2-
Allele sind, sterben nach der Geburt an Anämie und weisen keine mature miRNA-451 auf
[118].
Wie bei vielen anderen Proteinen auch, stehen bei Ago Proteinen Struktur und Funktion in
enger Beziehung. Obwohl in den letzten Jahren die Röntgen- und NMR-Strukturen einiger Ago
Proteine publiziert wurden, stehen bisher strukturelle Daten für Homologe in voller Länge nur
für drei Vertreter aus Archaebakterien bzw. Eubakterien zur Verfügung [2628, 119, 120]. Im
Unterschied zu den bekannten Argonauten aus höheren Organismen präferieren sie DNA als
guide Stränge. Ihnen ist gemein, dass sie sich aus vier Domänen zusammensetzen: N-terminale
Domäne, PAZ, Mid und PIWI. Diese verteilen sich auf zwei Lappen und werden durch eine
basische Furche voneinander getrennt.
Weitere strukturelle Erkenntnisse stammen von einzelnen Domänen eukaryonter Ago Proteine:
Die Röntgenkristallstrukturen der PAZ Domäne von D. melanogaster Ago1 und Ago2
sowie des humanen Ago1 und Hiwi1 und des murinen Proteins Miwi sind gelöst [121127],
ebenso wie die der Mid Domäne des humanen Ago2 und derjenigen des N. crassa Proteins
QDE-2 allein [128, 129] sowie zusammen mit der PIWI Domäne [130]. All diese Studien zeigen,
dass trotz geringer Sequenzhomologie einzelner Domänen und Proteine der verschiedenen Organismen
die räumliche Anordnung ihrer Aminosäuren gut übereinstimmt. Aus diesem Grund
lassen sich vergleichende Schlüsse zur humanen Familie der Argonaute-ähnlichen Proteine
hAgo1 4 ziehen.
Im Folgenden werden die zur Verfügung stehenden strukturellen Informationen von homologen
Proteinen in Kombination mit biochemischen und mutationsbasierten Analysen herange-
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