Regulation of alternative splice site selection by reversible protein phosphorylation
Regulation of alternative splice site selection by reversible protein phosphorylation
Splicing is the process that removes introns and joins exons from pre-mesenger RNA (pre-mRNA). It is an essential step in pre-mRNA processing that form the mature RNA. Microarray data indicates that approximately 75% of human genes produce transcripts that are alternatively spliced. Alternative splicing is one of the major mechanisms that ultimately generate high number of protein isoforms from a limited number of genes. The proper catalysis and regulation of alternative splice site selection is achieved by coordinated associations of a number of RNA: RNA, RNA: protein and protein: protein interactions. Given the importance of splicing factors, we investigated the role of rSLM-1, rSLM-2 and Tra2-beta1 in splice site selection. We focused on their regulation by reversible phosphorylation, which is the basis of alternative splice site selection by signal transduction pathways. This study focusses on control of splice site selection through a number of signal transduction pathways. The first part of this work concentrates on members of STAR (Signal Transduction and Activation of RNA) family, rSLM-1 and rSLM-2. These proteins were found to interact with several splicing factors and changed splice site selection in a concentration dependent manner. The proteins show different tissue specific expression and are characterized by non-overlapping expression in the brain. Both proteins are substrates of phosphorylation by several non-receptor tyrosine kinases. We demonstrate that tyrosine phosphorylation by p59fyn kinase regulates the activity of rSLM-1. This suggests that splicing factor rSLM-1 could serve as an important link between alternative splicing and signal transduction. In the second part the human SR-like protein, Tra2-beta1 was investigated. Protein sequence alignment revealed a evolutionary conserved Protein Phosphatase1 binding motif in the beta4 sheet of the RRM, pointing out the new function of this motif in nine RRMs of splicing regulatory proteins. We demonstrated that Tra2-beta1 directly binds to PP1 through this motif. PP1 dephosphorylates Tra2-beta1 both in vivo and in vitro. Mutations in this motif abolish the ability of Tra2-beta1 to influence splice site selection in a concentration dependent manner. It was previously shown that overexpression of SR-like splicing factor Tra2-beta1 can stimulate exon 7 usage of SMN (survival of motor neuron) gene. The homozygous loss of SMN1 gene is a cause of degenerative motor neuron disorder, Spinal Muscular Atrophy (SMA). Reversible phosphorylation of Tra2-beta1 at serine/threonine residues could have an important impact on the splice site selection. In fact, blocking the dephosphorylation with PP1 inhibitors such as cantharidin or tautomycin stimulates exon 7 inclusion and promotes SMN protein formation in patient fibroblasts. As a consequence, the usage of PP1 inhibitors could serve as one of the useful approaches in developing new therapeutical strategies for the treatment of SMA. Spleißen ist der Prozess, bei dem aus einer prä-Boten-RNA (prä-messenger RNA, prä-mRNA) Introns entfernt und Exons verknüpft werden. Es ist ein wesentlicher Schritt bei der Prozessierung von prä-mRNA, um reife mRNA zu bilden. Microarray-Analysen deuten darauf hin, dass etwa 75 % der menschlichen Gene Transkripte bilden, die alternativ gespleißt sind. Alternatives Spleißen ist einer der Hauptmechanismen, um aus einer begrenzten Anzahl von Genen eine große Anzahl von Protein-Isoformen zu erzeugen. Die genaue Regulierung der Auswahl alternativer Spleißstellen wird durch Verknüpfung einer Reihe von RNA:RNA, RNA:Protein und Protein:Protein Interaktionen erreicht. Aufgrund der Bedeutung von Spleißfaktoren haben wir die Rolle der zwei Faktoren rSLM-1 und Tra2-beta1 bei der Auswahl von Spleißstellen untersucht. Wir konzentrierten uns auf deren Regulation durch reversible Phosphorylierung, die als Grundlage für die Auswahl alternativer Spleißstellen über Signaltransduktionswege dient. Der erste Teil der Arbeit behandelt rSLM-1 und rSLM-2, Mitglieder der STAR (Signal Transduction and Activation of RNA) Familie. Diese Proteine interagieren mit einigen Spleißfaktoren und ändern die Auswahl von Spleißstellen konzentrationsabhängig. Die Proteine zeigen unterschiedliche gewebespezifische Expression und charakterisieren sich durch nicht-überlappende Expression im Gehirn. Beide Proteine sind Substrate für die Phosphorylierung durch einige Nicht-Rezeptor Tyrosin-Kinasen. Wir zeigen, dass Tyrosinphosphorylierung durch die Kinase p59fyn die Aktivierung des Spleißfaktors rSLM-1 reguliert. Dies weist darauf hin, dass der Spleißfaktor rSLM-1 als wichtiges Bindeglied zwischen alternativem Spleißen und Signaltransduktion dienen könnte. Im zweiten Teil wurde das humane SR-ähnliche Protein Tra2-beta1 untersucht. Durch ein Proteinsequenz-Alignment wurde ein in der Evolution konserviertes Bindemotiv für Protein Phosphatase 1 im beta4-Faltblatt des RRM erkennbar, was auf eine neue Funktion dieses Motivs in neun RRMs spleißregulierender Proteine hinweist. Wir zeigen, dass Tra2-beta1 durch dieses Motiv direkt an PP1 bindet. PP1 dephosphoryliert Tra2-beta1 sowohl in vivo als auch in vitro. Mutationen in dem Motiv heben die Fähigkeit von Tra2-beta1 auf, die Spleißstellen-Auswahl konzentrationsabhängig zu beeinflussen. Vor Kurzem wurde gezeigt, dass die Überexpression des SR-ähnlichen Spleißfaktors Tra2-beta1 den Einbau von Exon 7 im Gen SMN (survival of motor neuron) anregt. Der homozygote Verlust des SMN1 Gens ist die Ursache von Spinaler Muskelatrophie (SMA), einer fortschreitenden Degenaration der Motoneuronen. Reversible Phosphorylierung von Tra2-beta1 an Serin/Threonin-Resten könnte eine wichtige Auswirkung auf die Auswahl von Spleißstellen haben. Tatsächlich regt die Hemmung der Dephosphorylierung mit PP1-Inhibitoren wie z. B. Cantharidin oder Tautomyzin den Einbau von Exon 7 an und fördert die Bildung von SMN Protein in Patienten-Fibroblasten und Maus-Modellen. Demzufolge könnte die Anwendung von PP1-Inhibitoren als ein nützlicher Ansatz dienen, neue therapeutische Strategien zur Behandlung von SMA zu entwickeln.
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Phosphorylierung, Naturwissenschaftliche Fakultät -ohne weitere Spezifikation-, RNS-Spleißen, Phosphatasen, ddc: ddc:570
Phosphorylierung, Naturwissenschaftliche Fakultät -ohne weitere Spezifikation-, RNS-Spleißen, Phosphatasen, ddc: ddc:570
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