Einfluss der tRNA Modifikation i⁶A₃₇ auf die Translation in Säugern und deren Mitochondrien

Abstract

Modifizierte Basen in tRNA-Anticodonschleifen üben einen direkten Einfluss auf die Translationsmaschinerie aus. <em>N</em>⁶-Isopentenyladenosin (i⁶A) ist die älteste bekannte tRNA-Modifikation. Jedoch war ihre Signifikanz in Säugetieren bisher unbekannt. In dieser Arbeit wurden die Effekte fehlender Isopentenylierung an Base 37 von tRNAs in Säugetieren und deren Mitochondrien untersucht. Die im Cytoplasma lokalisierten tRNA^Ser(UCN) und tRNA^[Ser]Sec, sowie die mitochondriale tRNA^Cys, sind mit i⁶A modifiziert. Die mitochondrialen tRNAs tRNA^Tyr, tRNA^Trp, tRNA^Phe und tRNA^Ser(UCN) werden zu ms²i⁶A (2-Methylthio-N⁶-Isopentenyladenosin) weiter thiomethyliert.Trit1 (tRNA:Isopentenyltransferase 1),die einzige Isopentenyltransferase in Säugetieren, wurde konditional in Maushepatozyten und -neuronen inaktiviert. Ribosomales Profiling nukleärer Transkripte in Lebergewebe offenbarte eine erhöhte Rate an Leserahmenverschiebungen. Eine verstärkte Stopcodon Suppression konnte durch erhöhte Mengen von <em>in-frame</em> Ribosomen im 3’-UTR Bereich nachgewiesen werden. Akkumulation von <em>out-of-frame</em> Ribosomen auf Stopcodons innerhalb codierender Sequenzen begründen die Aktivierung des <em>non-sense mediated decay</em>. Die Recodierung des UGA/Sec Codons scheint nicht signifikant gestört zu sein. Die Besetzzeiten von Codons, welche Wobble-Basenpaarungen benötigen, unterscheiden sich signifikant in den Mitochondrien. Durch gestörte Expression der Untereinheiten der mitochondrialen Elektronen-Transportkette ist die Enzymaktivität verringert. Der Stressmechanismus <em>mitochondrial integrated stress response</em> wird ausgelöst, was die Phosphorylierung des eukaryotischen Initiationsfaktors eIF2α zur Folge hat. Neuron-spezifische <em>Trit1</em>-defiziente Mäuse zeigen Mikrozephalie und epileptische Anfälle. Ebenso werden Schlüsseltranskripte der <em>unfolded protein response</em> induziert. Zusammenfassend wurden in dieser Arbeit erstmalig codonspezifische Effekte fehlender tRNA <em>N</em>⁶-Isopentenylierung an Adenosin 37 in der cytoplasmatischen und der mitochondrialen Translation von Säugetieren beschrieben. Es wurde gezeigt, dass gestörte mitochondriale Aktivität einen negativen Einfluss auf die Translation im Cytoplasma ausübt. Schließlich konnte die fundamentale Rolle von i⁶A in der Biologie von Säugetieren demonstriert werden.