Kryo-EM optimalizace a analýza +1 ribozomálního posunu čtecího rámce

Bc. Jakub Hlaváček

Bachelor's thesis

Cryo-EM optimization and analysis of +1 ribosomal frameshifting

Abstract:

Translace je jedním ze základních mechanismů regulace genů, který je důležitý pro všechny oblasti života. Translace se skládá ze tří kroků: iniciace, elongace a terminace, zahrnujících řadu translačních faktorů a různé typy RNA. Během elongace je antikodon transferové RNA (tRNA) navázán na odpovídající kodon na mediátorové RNA (mRNA) podle čtecího rámce mRNA v A vazebném mís-tě ribozomu. Správnost tohoto procesu může být za určitých podmínek narušena, což má za následek posun čtecího rámce. V současné době víme, že k tomuto jevu dochází, ale přesná lokalizace posunu rámce na ribozomu není známa. Studie navrhly 3 fáze elongačního cyklu, kde k tomu může potenciálně dojít. Zde se zaměřujeme na dekódování mRNA během akomodace tRNA do místa A ribozomu pomocí elongačního faktoru Tu (EF-Tu). Abychom demonstrovali, zda dochází k posunu čtecího rámce, použili jsme biologicky odvozenou tRNA (qtRNA), která se může párovat se čtyřmi báze-mi mRNA. K pozorování celého procesu v rozlišení blízkém atomu používáme kryogenní elektronovou mikroskopii. Výsledky studie ukazují, že během dekódování mRNA pomocí qtRNA v místě A ribozomu nedochází k posunu čtecího rám-ce.

Abstract:

Translation is one of the essential gene regulation machinery that is important for all domains of life. The translation consists of three steps: initiation, elongation and termination, involving a number of translation factors and various types of RNA. During elongation, the anticodon of the transfer RNA (tRNA) is bound to the corresponding codon on the messenger RNA (mRNA), according to the reading frame (RF) of the mRNA, at the ribosomal A site. The correctness of this process can be disrupted during certain conditions, resulting in a shift of the reading frame, also known as frameshifting. We currently know that this phenomenon occurs, but the exact localization of the frameshifting on the ribosome is unknown. Studies have suggested 3 stages of the elongation cycle where this can potentially occur. Here, we focus on the decoding of the mRNA during tRNA accommodation into the A site, with the help of the elongation factor Tu (EF-Tu). To demonstrate whether the shift of the reading frame occurs, we used a biologically derived quadruplet tRNA (qtRNA) that can base-pair with four mRNA bases. We use cryogenic electron microscopy to observe the entire process at near-atomic resolution. Results of the study indicate that there is no frameshift in the reading frame during the decoding of the mRNA by the qtRNA in the A site of the ribosome.

Keywords

Bacterial translation, Elongation, Elongation factor Tu, Reading frame, Frameshifting, Quadruplet transfer RN, Cryo-electron microscopy

Language used: English

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

Thesis defence

• Date of defence: 27. 6. 2024
• Supervisor: Mgr. Gabriel Demo, Ph.D.
• Reader: RNDr. Petr Těšina, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Bachelor programme / field:
Biochemistry / Biochemistry