The role of human and Drosophila NXF proteins in nuclear mRNA ...

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Zusammenfassung Zusammenfassung 4 Bedingt durch die räumliche Trennung von Transkription und Translation müssen mRNAs in eukaryotischen Zellen aktiv vom Kern in das Cytoplasma transportiert werden. Zu Beginn dieser Arbeit war bekannt, dass das menschliche Protein TAP und Mex67p aus Hefe an diesem Prozess beteiligt sind. Mit Hilfe von Datenbankrecherchen konnte in dieser Arbeit gezeigt werden (Kapitel 2.1), dass TAP und Mex67p zu einer Proteinfamilie von verwandten Proteinen gehören, deren Mitglieder sich durch eine konservierte, modulartige Domänenstruktur auszeichnen. Dieser bis dahin unbekannten Familie wurde die Bezeichnung "Nuclear Export Factor (NXF)"-Familie zugewiesen. Während das Hefegenom für nur ein NXF- Protein (Mex67p) kodiert, finden sich in den Genomen höherer Eukaryoten mehrere nxf- Gene. So konnten in C. elegans und A. gambiae zwei nxf-Gene und in D. melanogaster, H. sapiens und M. musculus vier nxf-Gene identifiziert werden. Es war jedoch unklar, ob diese bis dahin uncharakterisierten NXF-Proteine - ähnlich wie TAP und Mex67p - an mRNA-Exportprozessen beteiligt sind. Daher wurde im ersten Teil dieser Arbeit (2.1) untersucht, inwieweit verschiedene menschliche NXF-Proteine die typischen Charakteristika von mRNA-Exportrezeptoren aufweisen. Hierzu wurde analysiert, ob die einzelnen humanen NXF-Proteine in der Lage sind, mit RNA, Kernporenproteinen und anderen schon bekannten TAP-Interaktoren in vitro zu interagieren. Zudem wurden verschiedene menschliche NXF-Proteine auf ihre Fähigkeit getestet, den Export einer Reporter-mRNA in vivo zu stimulieren. Mit Hilfe dieser Experimente konnte nachgewiesen werden, dass NXF2, NXF3 und NXF5 in der Lage sind, mit dem TAP-Interaktor p15 zu interagieren, aber nur NXF2 und NXF5 direkt an RNA binden können. Ausschließlich NXF2 war in der Lage, direkt an Kernporenproteine zu binden und den Export der getesteten Reporter-mRNA zu stimulieren. NXF2 besitzt also die typischen Eigenschaften eines mRNA-Exportrezeptors, während bei NXF3 und NXF5 nur einige dieser Eigenschaften nachgewiesen werden konnten. Da in Säugetieren eine gewebespezifische Expression verschiedener TAP- Homologe nachgewiesen wurde, könnte es sich bei diesen NXF-Mitgliedern um gewebespezifische Exportfaktoren handeln. So wurden z.B. humane NXF2- und NXF3- Transkripte vor allem in Hodengewebe detektiert, während das nächstverwandte Ortholog von menschlichem NXF5 in Maus am stärksten in Hirngewebe exprimiert wird. Im zweiten Teil dieser Arbeit (2.2) wurde die mögliche Beteiligung von Drosophila-NXF-Proteinen an mRNA-Exportprozessen mit Hilfe von RNA-Interferenz (RNAi) in Drosophila-Schneiderzellen untersucht. Die Analyse wurde dabei auf nur drei der vier NXF-Proteine (NXF1-3) beschränkt, da das vierte (NXF4) in diesen Zellen nicht exprimiert ist bzw. nicht nachgewiesen werden konnte. Die Depletion von endogenem
Zusammenfassung 5 NXF1 durch RNAi verursachte einen Wachstumsstopp der Zellen sowie eine Akkumulierung von polyadenylierten RNAs im Kern. Mit Hilfe von in-situ-Hybridisierung konnte gezeigt werden, dass in Zellen, in denen NXF1 depletiert worden war, der Export von Hitzeschock-mRNAs und Nicht-Hitzeschock-mRNAs blockiert war. Hierbei waren sowohl intronlose, als auch intronhaltige Transkripte betroffen. Die Depletion von endogenem NXF2 oder NXF3 hatte keine offensichlichen Auswirkungen auf den Phänotyp der Zellen. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass NXF1 (nicht aber NXF2-NXF4) für den Export des Großteils von mRNAs in Drosophila-Schneiderzellen verantwortlich ist. Es war postuliert worden, dass menschliche NXF-Proteine nur als Heterodimere (komplexiert mit dem Protein p15) aktiv sind. In dieser Arbeit konnte nachgewiesen werden, dass die Depletion von p15 mit Hilfe von RNAi in Drosophila-Schneiderzellen - ähnlich wie die Depletion von NXF1 - eine Blockierung des Exports von mRNAs zur Folge hat. Die nahezu identischen Effekte nach der Depletion von NXF1 oder p15 legen den Schluss nahe, dass keines der zwei Proteine ohne das andere mRNAs exportieren kann, die Bildung eines Heterodimers also auch in Drosophila essentiell ist. NXF1:p15-Heterodimere spielen eine Rolle bei späten Vorgängen des Kernexports, da sie die Translokation von mRNPs durch die Kernpore hindurch vermitteln. Unklar ist jedoch, wie NXF1:p15-Dimere an das mRNA-Substrat binden. Es war postuliert worden, dass die RNA-Helikase UAP56 dabei eine Rolle spielt. UAP56 ist ähnlich wie NXF1 und p15 essentiell für den Export von mRNAs in Drosophila. Es bindet schon während der Transkription an die RNA und könnte die Interaktion von NXF1:p15 mit dem Transkript erleichtern. Obgleich NXF1:p15 und UAP56 eindeutig als essentielle Exportfaktoren identifiziert worden waren, war die Frage, inwieweit alle mRNA-Exportvorgänge NXF1, p15 und UAP56 benötigen, noch unbeantwortet. Beispielsweise könnten mRNAs existieren, die NXF1 und p15 benötigen, nicht aber UAP56 (oder umgekehrt). Zudem könnten mRNAs existieren, die ganz ohne die Hilfe von NXF1, p15 und UAP56 exportiert werden können, z.B. indem sie andere Exportfaktoren nutzen. Um diese Frage zu beantworten, wurde eine auf Microarrays basierende "large scale"-Analyse durchgeführt (2.2.2). Dabei wurden die relativen Häufigkeiten von etwa der Hälfte aller Drosophila-Transkripte im Cytoplasma von Drosophila-Schneiderzellen bestimmt, in denen verschiedene Exportfaktoren mit Hilfe von RNAi inhibiert worden waren. Mit diesem Ansatz konnte gezeigt werden, dass im Cytoplasma von Zellen, in denen die Expression von NXF1, p15 oder UAP56 durch RNAi inhibiert worden war, der Großteil aller Transkripte im Vergleich zu Kontrollzellen unterrepräsentiert war. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass sowohl NXF1:p15 also auch UAP56 essentiell für den Export der meisten mRNAs sind. Es konnte aber auch eine geringe Anzahl von Transkripten identifiziert werden, deren Abundanz im Cytoplasma sich durch die
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