NusA und L4 sind RNA bindende Proteine, die eine zentrale Rolle beim vorzeitigen Abbruch der Transkription des S10 ribosomalen Protein Operons bei einigen Enterobakterien spielen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden die dreidimensionalen Strukturen von NusA und L4 aus dem thermophilen Bakterium Thermotoga maritima mit Hilfe der Röntgenstrukturanalyse bestimmt. NusA ist ein annähernd lineares Molekül, das aus vier Domänen besteht. Die N-terminale Domäne, die eine a /b -Faltung zeigt, ist sehr flexibel und wichtig für die Interaktion von NusA mit der RNA-Polymerase. Deshalb erscheint eine Konformationsänderung dieser Region bei Bindung an RNA-Polymerase wahrscheinlich. Der Rest des Proteins ist aus drei RNA bindenden Motiven aufgebaut, einem fünfsträngigen b -barrel (S1 Domäne) und zwei nachfolgenden K-Homologie (KH) Domänen. Diese bestehen aus einem dreisträngigen b -Faltblatt, das auf einer Seite von drei oder vier a -Helices flankiert wird. Zum ersten Mal ist die Anordnung von mehreren KH Motiven in einem Protein zu sehen, die ein Modell für den modularen Aufbau einer Vielzahl von RNA- und DNA-assoziierten Multi-KH Proteinen darstellt. Modelle legen die Vermutung nahe, daß die Kontaktfläche eine kooperative Bindung beider KH Module an RNA erlaubt. Die Interaktionen zwischen der S1 Domäne und dem ersten KH Motiv ähneln der Kontaktfläche zwischen den beiden KH Domänen, wobei ein Stapel aus alternierenden b -Faltblättern und a -Helices erzeugt wird. Eine Region stark positiven Oberflächenpotentials, die fast eine gesamte Flanke des Moleküls umfaßt, vermittelt wahrscheinlich unspezifische Wechselwirkung mit RNA, während die spezifische Erkennung von Sequenzen der Boten-RNA von den einzelnen RNA-bindenden Motiven übernommen wird. Die Struktur legt die Vermutung nahe, daß NusA durch multiple Kontakte mit der transkribierenden RNA-Polymerase verbunden ist, die Boten-RNA kontinuierlich nach regulatorischen Signalen abtastet und bei deren Erkennung eine Modifikation des Elongationskomplexes herbeiführt. In diesem Zusammenhang erscheint es wahrscheinlich, daß NusA eine regulatorische Haarnadelschleife der S10 leader-RNA direkt kontaktiert und es daraufhin zu einer Pausierung der Transkription kommt. Die Struktur von L4 besteht aus einem zentralen sechssträngigen b -Faltblatt, um das herum sieben a -Helices gruppiert sind. Das Protein weist strukturelle Homologie zu einer Reihe von Mononukleotid bindenden Motiven auf. Eine zentrale, 55 Aminosäuren lange Region, die von zwei Helices flankiert wird, ist ungeordnet und nicht im Modell enthalten. Biochemische Experimente und kristallographische Untersuchungen einer anderen Gruppe an der 50S ribosomalen Untereinheit zeigen, daß dieser Teil in erster Linie für den Einbau des Proteins in das Ribosom verantwortlich ist und bei Bindung an ribosomale RNA eine ausgestreckte Konformation annimmt. Zwei fast senkrecht zueinander verlaufende a -Helices im globulären Rumpf von L4 wurden als mögliche Bindungspartner für die Boten-RNA des S10 Operons identifiziert. Durch Mutagenesestudien, die im Rahmen eines Forschungsaufenthaltes in den USA durchgeführt wurden, wurde die regulatorische Region von L4 auf einen weiteren a -helikalen Bereich am C-Terminus ausgedehnt. Unterschiede in der regulatorischen Aktivität zwischen Thermotoga maritima L4 und seinem Escherichia coli Homologen sind wahrscheinlich auf Sequenzunterschiede in dieser Helix zurückzuführen. Da L4 nur minimale Kontakte mit anderen Proteinen innerhalb der großen ribosomalen Untereinheit eingeht, aber über eine ausgedehnte, RNA-bindende regulatorische Region verfügt, erscheint es wahrscheinlich, daß das Protein hauptsächlich über Kontakte zur RNA im Terminationskomplex des S10 Operons verankert wird. Dabei ist es möglich, daß NusA bei Bindung an die S10 leader-Region eine Konformationsänderung in der RNA induziert, die eine Bindungsstelle für L4 schafft.
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NusA und L4 sind RNA bindende Proteine, die eine zentrale Rolle beim vorzeitigen Abbruch der Transkription des S10 ribosomalen Protein Operons bei einigen Enterobakterien spielen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden die dreidimensionalen Strukturen von NusA und L4 aus dem thermophilen Bakterium Thermotoga maritima mit Hilfe der Röntgenstrukturanalyse bestimmt. NusA ist ein annähernd lineares Molekül, das aus vier Domänen besteht. Die N-terminale Domäne, die eine a /b -Faltung zeigt, ist seh...
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