Dissecting the role of UFMylation in endoplasmic reticulum-associated protein quality control

Abstract

Die Regulation der Proteinbiosynthese ist für die Aufrechterhaltung der zellulären Homöostase von entscheidender Bedeutung. Verschiedene Faktoren, wie beispielsweise eine fehlerhafte mRNA-Verarbeitung, das Fehlen von Translationskomponenten oder seltenen Codons, können während der Translation zu einem Ribosomenstillstand führen. Im Zytosol sind die Faktoren, die gestaute Ribosomen erkennen und beseitigen – zusammenfassend als ribosomassoziierte Qualitätskontrolle (RQC) bezeichnet – gut erforscht. Die Ereignisse, die auf ein Ribosomenstillstand während der co-translationalen Proteintranslokation in das endoplasmatische Retikulum (ER) folgen, waren jedoch bislang kaum verstanden. Nach dem Ribosomenstillstand am ER zeigte sich, dass das 60S-Ribosomprotein RPL26 durch UFM1 (Ubiquitin-Fold-Modifier 1), ein Ubiquitin-ähnliches Protein, kovalent modifiziert wird. Die genaue Rolle der UFMylierung bei der ER-Proteinqualitätskontrolle und ihre Wechselwirkung mit dem RQC-Apparat blieben jedoch bislang unklar. In dieser Arbeit schließe ich diese Forschungslücke, indem ich unvoreingenommene Proteomik mit biochemischen und zellulären Assays kombiniere. Die Proteomik UFMylierter Ribosomen zeigte, dass die RQC-Faktoren NEMF und LTN1 in einer vom Stillstand abhängigen Weise mit UFMylierten Ribosomen interagierten. Mithilfe der Zellbiologie konnte ich feststellen, dass im ER festsitzende Ribosomen – ähnlich wie zytosolische Ribosomen – von der E3-Ligase ZNF598 erkannt und anschließend vom ASC-1-Komplex gespalten werden. Wichtig ist, dass diese Schritte notwendige Voraussetzungen für die UFMylierung von RPL26 sind, bei der die UFM1-E3-Ligase die nach der Spaltung entstandenen 60S-Peptidyl-tRNA-Komplexe als kanonische Substrate erkennt. Die UFMylierung von RPL26 lockert die enge Wechselwirkung zwischen dem 60S-Peptidyl-tRNA-Komplex und dem Translokon und ermöglicht so den RQC-Komponenten den Zugang zu den angehaltenen Peptidketten. Im Einklang mit diesen Ergebnissen schwächt eine beeinträchtigte UFMylierung die Bindung von LTN1 an 60S-Peptidyl-tRNA-Komplexe, und der Abbau von entweder NEMF oder LTN1 führt zur Anreicherung von UFMylierten Ribosomen, was die Annahme stützt, dass diese beiden Mechanismen auf demselben Signalweg wirken und eine direkte Verbindung zu post-split Ribosomen-Zwischenprodukten herstellen. Insgesamt hat meine Arbeit gezeigt, dass eine enge Zusammenarbeit zwischen dem RQC und der UFMylierung für die Beseitigung blockierter Ribosomen am ER notwendig ist, wodurch die zelluläre Proteinhomöostase gesichert wird.