Studium protein-RNA interakcí pomocí kryoelektronové mikroskopie

Bc. Nikola Nosková

Master's thesis

Study of protein-RNA interactions by cryo-electron microscopy

Abstract:

RNA silencing je skupina drah, jako jsou dráhy RNA interference (RNAi) a dráha microRNA (miRNA), které se podílejí na sekvenčně specifické regulaci genové exprese pomocí dvouvláknových RNA. Jeden z kritických kroků v těchto drahách je zprostředkován proteinem Dicer, který patří do skupiny RNáz III. Dicer štěpí prekurzory malé RNA na kratší dvouvláknové molekuly RNA. V této práci studuji interakce mezi proteinem Dicer a malou molekulou dsRNA pomocí kryoelektronové mikroskopie (kryo-EM), která se stala mocným nástrojem pro studium strukturních detailů biomolekul. Studie obsahuje informace o purifikaci komplexu protein-RNA, přípravě vzorků pro kryo-EM, analýze dat z jednotlivých částic a sestavení 3D struktury. V práci představuji dva modely různých konformací miRNA navázané na doménu PAZ v proteinu Dicer, které se mi podařilo zrekonstruovat. Díky získaným výsledkům je možné nejen lépe pochopit působení a konformační změny Diceru, ale také získat nové strukturní poznatky o jednotlivých krocích miRNA dráhy.

Abstract:

RNA silencing is a group of pathways, such as the RNA interference (RNAi) and microRNA (miRNA) pathways, involved in the sequence-specific regulation of gene expression by double-stranded RNAs. One of the critical steps in these pathways is mediated by the protein Dicer, an RNase III enzyme that cleaves small RNA precursors into shorter double-stranded RNA molecules. In this thesis, I study the interactions between the Dicer protein and a small dsRNA molecule using cryo-electron microscopy (cryo-EM), which has become a powerful tool for studying the structural details of biomolecules. The study includes information on purification of the protein-RNA complex, cryo-EM sample preparation, single-particle data analysis and 3D structure building. I present two models for different conformations of miRNA bound to the PAZ domain in the Dicer protein, which have been successfully reconstructed. This work not only improves our understanding of Dicer's actions and conformational changes, but also provides new structural insights into the steps of the miRNA pathway.

Keywords

strukturní biologie, kryoelektronová mikroskopie, single-particle analysis, protein-RNA komplex, genová regulace, miRNA, Dicer, PAZ doména, structural biology, cryo-electron microscopy, protein-RNA complex, gene regulation, PAZ domain

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 16. 5. 2024

Thesis defence

• Date of defence: 18. 6. 2024
• Supervisor: prof. Mgr. Richard Štefl, Ph.D.
• Reader: Dr. rer. nat. Hana Nedozrálová

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / field:
Biochemistry / Biomolecular chemistry