Recruitment of transcriptional elongation factor Spt6 to C-terminal domain of RNA polymerase II

Mgr. Pavel Brázda, Ph.D.

Doctoral thesis

Abstract:

RNA polymerásy jsou zodpovědné za časově a místně kontrolovanou produkci různých typů RNA. RNA polymerása II (RNApol II) odpovídá za syntézu hlavně protein-kódujících RNA (mRNA). Strukturní prvky uvnitř tohoto enzymu zajišťují inkorporaci správného nukleotidu a řeší transkripční obtíže během probíhající mRNA syntézy. Transkripce a následné ko-transkripční úpravy jsou řízeny C-terminálmí doménou (CTD) RNA polymerásy II. CTD kontroluje asociaci nebo disociaci různých faktorů svými post- transkripčními modifikacemi, jmenovitě fosforylacemi, a tedy zajišťuje správnou funkci daných faktorů v jejich relevantních fázích transkripčního cyklu. Jedním ztěchto faktorů je Spt6, který působí jako transkripční elongační faktor a nukleosom chaperon. C-terminální část Spt6 váže fosforylovanou CTD svou tandemovou SH2 doménou. SH2 domény jsou obecně zapojeny do procesů buňečné signalizace, a tudíž přítomnost SH2 domény vtranskripci je neobvyklý. Rozhodli jsme se přinést mechanistický pohled do této interakce i sjejí dynamikou a vazebnými preferencemi. Ukazujeme, že Spt6 váže různé kombinace fosforylované CTD a zjistili jsme, že žádná kombinace fosforylavané CTD neznemožňuje interakci s Spt6. Naše strukturní studie ukazuje na velkou plasticitu tandemové SH2 domény ve smyslu, jak rozpoznává různé kombinace fosforylované CTD. Dále ukazujeme, že síla této interakce je zesílena délkou CTD a jejím stupněm fosforylace a to z důvodu avidity pocházející z velkého počtu fosforylací na CTD.

Abstract:

RNA polymerases are responsible for the production of various RNAs in a time- and space-controlled manner. RNA polymerase II (RNApol II) is responsible for production of mainly protein- coding RNAs (mRNAs). Structural elements within the enzyme ensure addition of correct nucleotide and deal with transcription difficulties during on-going mRNA synthesis. Transcription and subsequent co-transcritional processing is controlled by the C-terminal domain (CTD) of RNApol II. The CTD recruits, or displaces various factors based on its post- translational modifications, namely phosphorylations, thus ensuring a proper function of any given factor in their relevant stages of transcription cycle. One such factor is Spt6, which serves as a transcription elongation factor and a nucleosome chaperone. The C-terminal part of Spt6 binds the phosphorylated CTD via its tandem SH2 domain. SH2 domains are generally involved in cellular signalling processes, thus making the presence of an SH2 domain in transcription rather peculiar. We set out to investigate the mechanistic insight of the interaction, including its dynamic and preferential binding properties. We show that Spt6 binds various phosphorylation patterns in the CTD and found that no combination of the phoshoCTD marks prevents CTD interaction with Spt6. Our structural study reveals large plasticity of the tandem SH2 domain in the sense of how it can accommodate a differently phosphorylated CTD. We also show that the strength of the interaction increases with the length of the CTD fragment and its phosphorylation level due to avidity originating from multiple phosphorylation marks presented in the CTD.

Keywords

Solution NMR, protein-protein interaction, C-terminal domain of RNA polymerase II, Spt6

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 11. 7. 2019

Thesis defence

• Date of defence: 25. 9. 2019
• Supervisor: doc. Mgr. Richard Štefl, Ph.D.
• Reader: Mgr. Libor Krásný, PhD., RNDr. Zdeněk Paris, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Biochemistry (4-years) / Biomolecular Chemistry