m6A a t6A: dvě významné modifikace RNA v rostlinách

Elena Zemlyanskaya, M.Sc.

Doctoral thesis

m6A and t6A: two emerging RNA modifications in plants

Abstract:

Modifikace RNA byly objeveny již před půl stoletím, ale teprve nedávno byly znovuobjeveny pro svoji klíčovou roli v mnoha buněčných procesech a díky rychlému technologickému pokroku v příslušné výzkumné oblasti. V této práci se zaměřuji na dvě různé modifikace adenosinu u rostlin: N6-methyladenosin (m6A), je nejrozšířenější modifikací v eukaryotické mRNA, která ovlivňuje řadu vlastností i osud transkriptu v jádře i cytoplazmě. Zjistili jsme, že hypomorfní mutanti Arabidopsis thaliana, deficientní v m6A, vykazují výrazné fenotypy související s auxinem a vyznačují se změněnou citlivostí k jeho podání. Abychom odhalili molekulární propojení mezi m6A a procesy na auxinu závislými, zkoumali jsme experimentálně čtyři úrovně odpovědi na auxin (biosyntézu, metabolizmus, transport a signalizaci) a nezávisle analyzovali přítomnost transkriptů souvisejících s auxinem v několika dříve publikovaných transkriptomech obohacených o m6A. Naše výsledky ukazují, že m6A ovlivňuje auxinovou odpověď v Arabidopsis na více úrovních, s obzvláštním dopadem na auxinovou signalizaci. Další modifikace, N6-threonylkarbamoyladenosin (t6A), je jednou z nejdávnějších modifikací RNA, která je možná podobně stará jako genetický kód samotný. t6A se nachází v pozici A37 molekul tRNA dekódujících ANN kodony ve všech třech doménách života. Vzhledem k tomu, že se nachází v blízkosti antikodonu, hraje t6A významnou roli v přesnosti translace. Zde předkládáme základní charakterizaci molekulárních komponent zodpovědných za biosyntézu t6A v Arabidopsis, podtrhujíce, že hlavní geny určující biosyntézu t6A jsou nezbytné pro vývoj rostlin. Odhalili jsme také, že t6A se v rostlinách vyskytuje ve velkém množství jako volná molekula. Rovněž ukazujeme, že biosyntéza t6A je v Arabidopsis pravděpodobně kompartmentalizovaná, přičemž její první krok probíhá v plastidech.

Abstract:

RNA modifications were discovered half a century ago but only recently have re-emerged for their crucial role in a multitude cellular processes and rapid technological advances in the field. In this work, I center on two diverse modifications of adenosine in plants: N6-methyladenosine (m6A) is the most abundant modification in eukaryotic mRNA, affecting multiple aspects of transcript fate in the nucleus and cytoplasm. We reveal that Arabidopsis thaliana hypomorphs lacking m6A exhibit pronounced auxin-related phenotypes and altered auxin sensitivity. To characterize the molecular connection between m6A and auxin-dependent processes, we have experimentally examined four tiers of auxin response (biosynthesis, metabolism, transport, and signaling) and analyzed auxin-related transcripts from several previously published transcriptome-wide m6A datasets. Our results collectively reveal here that m6A affects auxin response in Arabidopsis on multiple levels, with a particular emphasis on auxin signaling. Another modification covered by this study, N6-threonylcarbamoyladenosine (t6A), is one of the most ancient RNA modifications, perhaps as old as the genetic code itself. t6A can be exclusively found in the A37 position of tRNA molecules decoding ANN codons in all three domains of life. Being located close to the anticodon, t6A plays a significant role in translation fidelity. We characterize the components of the t6A biosynthesis machinery in Arabidopsis and demonstrate that major t6A biosynthesis genes are essential for plant development. We also reveal that t6A is highly abundant as a free compound in plants. Finally, we show that the process of t6A biosynthesis is likely compartmentalized in Arabidopsis, with its first step taking place in plastids.

Keywords

Arabidopsis thaliana, RNA processing, RNA modifications, tRNA modifications, m6A, t6A, auxin

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 19. 1. 2024

Thesis defence

• Date of defence: 18. 3. 2024
• Supervisor: Mgr. Kamil Růžička, Dr. rer. nat.
• Reader: Laura Arribas Hernandez, PhD, Malgorzata Kwasniak-Owczarek, PhD, Assoc. Prof. Dr. Christian Luschnig

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Life Sciences / Life Sciences