Analysis of MAGE (Melanoma AntiGEn) proteins and their interaction partners

Mgr. Kateřina Zábrady, Ph.D.

Doctoral thesis

Abstract:

Doposud bylo u člověka identifikováno 37 MAGE (melanoma-associated antigen) genů. Na základě rozdílů jejich genové exprese a struktury je skupina MAGE genů rozdělena na typ I and II. Exprese MAGE genů typu I je utlumena v dospělých buňkách normálních tkání, ale je aktivována v různých maligních nádorech. MAGE geny typu II jsou exprimovány téměř ve všech tkáních. O funkcích MAGE proteinů v buňkách zatím však mnoho známého není. Během svého PhD. studia jsem se zaměřila na výzkum evolučně konzervovaných interakcí MAGE proteinů. Pouze jediný MAGE gen se nachází v genomech organizmů od kvasinek (zde je nazývaný NSE3) až po ptakořitné (MAGEG1-like). Protein tohoto ancestrálního genu NSE3/MAGE je součástí SMC5/6 (Structural maintenance of chromosomes 5/6) komplexu. Ačkoliv má člověka 37 MAGE genů, pouze jediný z nich, MAGEG1, je součástí tohoto původního MAGE komplexu – komplexu SMC5/6. My jsme identifikovali NSE4-vazebný povrch na proteinu NSE3/MAGEG1, který je evolučně konzervovaný od kvasinkového až po všechny lidské MAGE proteiny. Proto je většina lidských MAGE proteinů schopná interagovat s NSE4 podjednotkou. Navíc jsme zmapovali interakci NSE1—NSE3/MAGEG1. Tato interakce je konzervovaná od kvasinek po lidský NSE3/MAGEG1 protein, ovšem většina ostatních lidských MAGE proteinů schopnost interagovat s NSE1 podjednotkou ztratila. Nakonec jsme objevili novou interakci mezi NSE3/MAGE1 proteinem a DNA a charakterizovali DNA vazebný povrch tohoto proteinu. Schopnost proteinu NSE3/MAGEG1 interagovat s DNA je nezbytná pro esenciální funkci komplexu SMC5/6 v buňkách. Ačkoliv je DNA-vazebný povrch konzervovaný od kvasinkového NSE3 až po lidský protein MAGEG1, většina ostatních lidských MAGE proteinů má změněné kritické DNA-vazebné aminokyseliny. Proto tyto MAGE proteiny pravděpodobně ztratili schopnost fyzicky interagovat s DNA. Tyto MAGE proteiny v průběhu evoluce změnili interakční partnery a vytvořily jiné komplexy mimo ancestrální SMC5/6 komplex.

Abstract:

To date, 37 melanoma-associated antigen (MAGE) genes have been identified in humans. The large MAGE family is divided into type I and II based on differences in tissue-specific gene expression and gene structure. Type I MAGE genes are silent in normal adult cells, while they are widely expressed in a variety of malignant tumors. Type II MAGE genes are expressed ubiquitously. However, little is known about the functions of MAGE proteins in cellular processes. During my PhD. studies, I focused on studying MAGE protein interactions, which are evolutionarily conserved from yeast to human. Only single representant of MAGE gene family is found in species from yeasts (called non-SMC element 3, NSE3) to monotremes (MAGEG1 like). These ancient MAGE proteins are components of Structural maintenance of chromosomes (SMC) 5/6 complex. Although, 37 MAGE genes exist in human, only MAGEG1 protein is a part of this ancient MAGE complex – the SMC5/6 complex. The SMC5/6 complex is composed of SMC5 and SMC6 proteins and 4–6 NSE subunits. We identified NSE4-interaction surface of NSE3 (MAGEG1 in human; NSE3/MAGEG1), which is evolutionarily conserved from yeast to all human MAGE proteins. In addition, we mapped the NSE1—NSE3/MAGEG1 interaction. This interaction is conserved from yeast to human NSE3/MAGEG1 protein, while most of the other human MAGE proteins lost the ability to interact with the NSE1 subunit. Finally, we discovered NSE3/MAGEG1—DNA interaction. The ability binding of NSE3/MAGEG1 to interact with DNA is critical for the essential function of the SMC5/6 complex in cells. Although, the DNA-binding motif is conserved from yeast NSE3 to the human MAGEG1 protein, most of the other human MAGE proteins are changed in the critical DNA-binding residues. Therefore, they probably lost the DNA-binding ability. These MAGE proteins diverged from ancestors during the evolution and became a part of different complexes besides the ancestral SMC5/6 complex.

Keywords

MAGE, SMC5/6 complex, NSE1—NSE3—NSE4 sub complex, chromatin, protein-protein interaction, protein-DNA interaction

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 10. 3. 2015

Thesis defence

• Date of defence: 29. 4. 2015
• Supervisor: doc. Mgr. Jan Paleček, Dr. rer. nat.
• Reader: doc. RNDr. Miroslav Fojta, CSc., doc. Juraj Gregáň, PhD.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Biochemistry (4-years) / Genomics and Proteomics