Protein-RNA interplay in large macromolecular complexes
- Reference number
- F06-0010
- Start and end dates
- 080301-141231
- Amount granted
- 8 500 000 SEK
- Administrative organization
- Uppsala University
- Research area
- Life Sciences
Summary
The aim of my research is to understand how proteins and RNA together generate function in large complexes of physiological relevance. I use x-ray crystallography in combination with biochemistry to reach this goal. Several of the complexes of interest are potential targets for rational drug design. Through study of the following biological systems my long-term goal is to build up a world-class research group working on structure and function of large complexes in biological processes involving protein-RNA recognition. The main objective is to gain structural and biochemical understanding of: *codon-dependent tRNA drop-off, elongation factor P action and frame-shifting in bacterial translation *Rix complex involvement in eukaryotic ribosome biogenesis *eukaryotic selenocysteine incorporation *Hfq involvement in bacterial micro-RNA action *fragile-X protein-RNA interactions in neuronal development The components will be cloned and over-expressed and/or purified from bacteria. After biochemical characterisation, complexes will be reconstituted, crystallized and subjected to structure determination by x-ray crystallography. Functional hypotheses generated from the structures will be tested biochemically in the group or through collaborations. Expected results are crystal structures leading to new functional hypotheses and ideas of inhibition mechanisms for the individual systems, as well as general understanding of how proteins and RNA work together in a living cell.
Popular science description
Proteiner och ribonukleinsyra (RNA) är två viktiga beståndsdelar i allt liv. De är båda polymerer, dvs. långa kedjor sammansatta av ett begränsat antal olika byggstenar. Byggstenarna i proteiner kallas aminosyror, medan RNA består av baser. Proteiner bygger upp muskler och hår, transporterar syre i blodet och ser till att kemin i kroppen fungerar som den ska. Även RNA kan ha många olika funktioner. En sorts RNA, budbärar-RNA (mRNA), fungerar som en passiv kopia av en del av genomet, medan annat RNA har aktiva funktioner i cellen. Målet med det här projektet är att förstå hur proteiner och RNA samverkar i olika processer i cellen. Ett exempel där proteiner och RNA fungerar tillsammans är ribosomer, cellernas proteinfabriker. En bakterieribosom är ungefär 0,02 mikrometer stor, och sammansatt av proteiner och kedjor av RNA. Ribosomen avläser den genetiska koden från mRNA. Tre baser i mRNA översätts med hjälp av ett specifikt transport-RNA (tRNA) till en aminosyra. Den nya aminosyran kopplas till de föregående, och koden matas fram tre steg så att nästa tre baser kan översättas av ett nytt tRNA. Denna process fortsätter tills koden för ett helt protein är översatt och kedjan av aminosyror, ett färdigt protein, lämnar ribosomen. Många antibiotika blockerar bakteriers ribosomer och bättre förståelse för hur ribosomen fungerar kan bidra till utveckling av nya eller förbättrade antibiotika. Ibland ramlar vissa tRNA av från ribosomen innan proteinet är klart och andra tRNA får ribosomen att mata fram koden två eller fyra steg i stället för tre. Jag vill ta reda på varför dessa avvikelser sker. För att ta reda på detta skall jag undersöka hur de tRNA som orsakar fenomenen binds till ribosomen. Med hjälp av röntgenkristallografi kan jag se precis hur det ser ut när ett visst tRNA, mRNA och ribosomen möts och jämföra med hur det ser ut i det normala fallet. På liknande sätt vill jag studera andra processer där proteiner och RNA samverkar. Detta kan t ex. ge ny kunskap om hur ribosomer bildas, vilket har koppling till flera olika sjukdomar. Jag vill också undersöka hur det RNA-bindande proteinet fragil-X fungerar i neuronal utveckling. Förändringar i detta protein orsakar den vanligaste formen av genetiskt förståndshandikapp. Förhoppningen är att denna forskning ska ge ökad förståelse för hur proteiner och RNA fungerar tillsammans och att denna kunskap ska kunna användas till utveckling av nya läkemedel.