Molecular response to perturbed translation in Gram-positive bacteria

Abstract

Die Proteinsynthese auf der Grundlage der mRNA, die so genannte Translation, ist ein entscheidender Prozess, der in allen sich teilenden Zellen stattfindet. Im Allgemeinen ist der Prozess der Translation, der auf dem Ribosom stattfindet, im Laufe der Evolution konserviert worden. Verschiedene Störungen können die Translation beeinträchtigen, so dass die Zellen Strategien entwickelt haben, um mit den daraus resultierenden fehlerhaften Zwischenstufen umzugehen. In dieser Dissertation werden zwei solcher Prozesse in Gram-positiven Bakterien untersucht: die Antibiotikaresistenz, die durch die ABCF-Proteinfamilie vermittelt wird, und das Alanin-Tailing von blockierten Translationsintermediaten, das durch Proteine der NEMF-Familie vermittelt wird. Es wird über die Strukturen von Vertretern beider Proteinfamilien im Komplex mit dem Ribosom berichtet. Die ABCF-Proteine, die Antibiotikaresistenz vermitteln, wirken offenbar über einen indirekten Mechanismus, indem sie die Antibiotika-Bindungsstelle modulieren, um die Freisetzung des Wirkstoffs auszulösen. Das Protein der NEMF-Familie, RqcH, vermittelt im Zusammenspiel mit einem neu beschriebenen Protein das Alanin-Tailing durch Zwischenstufen, die denen der kanonischen Translation verblüffend ähnlich sind. Anhand der gezeigten Strukturen wird ein allgemeines Modell für jeden Prozess vorgeschlagen.

Protein synthesis templated by mRNA, termed translation, is a critical process that occurs in all dividing cells. In general, the process of translation, which occurs on the ribosome, has been conserved throughout evolution. Various insults may perturb translation, and cells have consequently evolved strategies to address the resulting defective intermediates. This dissertation examines two such processes found in Gram-positive bacteria: antibiotic resistance mediated by the ABCF family of proteins, and alanine tailing of stalled translation intermediates mediated by NEMF-family proteins. Structures of representatives of both protein families in complex with the ribosome are reported. The ABCF antibiotic-resistance proteins apparently act through an indirect mechanism, modulating the antibiotic binding site to trigger drug release. The NEMF-family protein RqcH, in concert with a newly described protein, mediates alanine tailing through intermediates that strikingly resemble those observed in canonical translation. Through the reported structures, a general model of each process is proposed.