General biochemistry and metabolism (Council of Medical and Biological Sciences)
50 %
Ortelius classification: Molecular evolution
Cell biology and molecular transport mechanisms (Council of Medical and Biological Sciences)
25 %
Epigenetics and gene regulation (Council of Medical and Biological Sciences)
25 %
Panel
Molecular and Structural Biology and Biochemistry
Department or equivalent
Agricultural Biotechnology Institute (ABC) (National Agricultural Research and Innovation Centre)
Participants
Bata, Henrik Kerényi, Farkas Felicián Kerényi, Zoltán Lakatos, Lóránt Nyikó, Tünde Olasz, Ferenc Styevkóné Dinnyés, Andrea Szabadkai, Levente
Starting date
2010-03-01
Closing date
2014-02-28
Funding (in million HUF)
35.644
FTE (full time equivalent)
5.99
state
closed project
Summary in Hungarian
A Nonsense-Mediated mRNA Decay (NMD) az eukarióta génexpresszió alapvető minőségbiztosítási rendszere, amely felismeri és degradálja a korai stop kodont hordozó mRNS-eket, így megakadályozza, hogy csonka, domináns-negatív fehérjék képződhessenek. Bár az NMD növényekben -akárcsak emlősökben- létfontosságú, a növényi NMD-ről keveset tudunk. Egy záródó OTKA pályázat (K60102, 2006-09) keretében csoportunk a növényi NMD mechanizmusát vizsgálja. Meghatároztunk hat NMD trans faktort és kimutattuk, hogy a növényi NMD azokat a mRNS-eket degradálja, amelyek a 3' nem-transzlálódó régióban (3'UTR) intront tartalmaznak, vagy amelyek 3'UTR-ja hosszú. Mivel a vad növényi gének ~20 %-a ilyen, valószínű, hogy az NMD sok gén szabályozásában vesz részt. Ezért feltételezzük, hogy a növényi NMD szigorú szabályozás alatt áll. A jelen pályázatban a növényi NMD regulációját vizsgálnánk. Az NMD intenzitását kétféle rendszer befolyásolhatja (1) Mivel az egyik általunk azonosított NMD faktor, az SMG-7, 3’ UTR-ja hosszú és intronokat tartalmaz, feltételezzük, hogy az SMG-7-et az NMD negatívan regulálja, azaz a növényi NMD egy a rendszer stabilitását biztosító feed-back szabályozás alatt áll. (2) A növényi NMD intenzitása feltételezésünk szerint fejlődési és/vagy környezeti jelek hatására változhat, így számos NMD regulálta gén expressziója kordináltan módosulhat. Számos gén 3'UTR-je ugyan hosszú, de ezek olyan -ismeretlen- cis elemeket hordoznak amelyek megvédik az NMD-től. Hipotézisünk szerint (3) az RNS silencing (RNAi) rendszer kötő helyei ilyen NMD protektív szerepet játszhatnak, ezáltal a silencing rendszer az NMD célgének egyedi befolyásolásával alapvetően módosíthatja az NMD hatását és kivonhatja a 3'UTR-okat az NMD méretkorlátozó szelekciója alól. Véleményünk szerint a program sikere alapvetően járulhat hozzá a növényi génregulációról való ismereteinkhez.
Summary
Nonsense mediated mRNA decay (NMD) is an essential eukaryotic quality control system that recognizes and degrades mRNAs containing premature termination codon, thereby preventing the accumulation of harmful, frequently dominant-negative truncated proteins. Although NMD in plants, like in mammals, is essential, little is known about plant NMD. In a running out project (OTKA K60102, 2006-09), we have studied the mechanism of plant NMD. We have identified six NMD trans factors and defined the cis elements of plant NMD. We have shown that plant NMD degrades transcripts with an intron in the 3’untranslated (UTR) region or mRNAs having unusually long 3’UTRs. As ~20% of wild-type plant genes show these features, it is likely that plant NMD is involved in the regulation of many plant genes. Therefore, we hypothesize that plant NMD should be strictly regulated. The main goal of this project is to study the regulation of plant NMD. We hypothesize that the intensity of plant NMD is regulated by two different ways. (1) As 3’UTR of SMG-7, an essential plant NMD trans factor that we have identified, is very long and it contains introns, we think that NMD down-regulates SMG-7. Thus, we hypothesize that plant NMD is under a stabilizing negative feed-back control. (2) We also hypothesize that the intensity of plant NMD could be changed by developmental and/or environmental signals, thus the expression of many NMD regulated gene could be modified coordinately. Several 3’UTRs are long but contain -unknown- cis elements that protect them from NMD. We hypothesize (3) that the binding sites of RNA silencing (RNAi) system can act as NMD protective cis elements, thus silencing modulates the effect of NMD on different transcripts and can relieve the evolution of 3’UTRs of the length constrain of NMD. We believe that the success of this program would contribute significantly to our knowledge about regulation of plant gene expression.
Final report
Results in Hungarian
A program során a növényi Nonsense-mediated mRNA Decay (NMD) rendszer szabályozását vizsgáltuk növényekben. Az NMD egy a transzláció terminációjához kapcsolódó minőségbiztosítási rendszer, amely felismeri és lebontja a korai stop kodont tartalmazó hibás mRNS-eket, ezáltal megakadályozza a káros, csonka fehérjék képződését. Növényekben az NMD létfontosságú, mivel a hibás mRNS-ek eltávolítása mellett nagyon sok vad típusú mRNS regulációjában is alapvető szerepet játszik.
A program során kimutattuk, hogy a növényi NMD valamennyi típusa fokozatosan működik, ezért a gének finomszabályozásában játszhat szerepet. Igazoltuk, hogy az NMD nagyon sok gén finomszabályozásában vehet részt, ezért az NMD aktivitást többféle, komplex szabályozási rendszer stabilizálja. Sikerült több ilyen szabályozási kör működésének alapjait megértenünk, illetve ezen szabályozó körök evolúcióját feltárnunk. Igazoltuk, hogy vannak olyan NMD stabilizáló rendszerek amelyek már az eukarióták közös ősében is megvoltak, míg más rendszerek csak a magasabbrendű növényekben alakultak ki. Végül sikerült azt is kimutatnunk, hogy növényekben működik egy különleges és igen komplex szabályozási rendszer, amely biztosítja az egyensúlyt, a transzláció terminációja, az NMD és a transzlációs átolvasás között.
Results in English
During this project we have studied the regulation of Nonsense-Mediated mRNA decay (NMD) in plants. NMD is a translation termination coupled quality control mechanism that identifies and degrades the premature stop codon containing aberrant transcripts, thereby preventing the accumulation of the deleterious truncated proteins.
We have shown that all types of NMD act gradually in plants. Thus, plant NMD could play an important role in the fine tuning of gene expression. We have demonstrated that several wild-type mRNAs are potentially regulated by NMD, therefore plant NMD should be strictly controlled. During this program we have described the molecular basis and evolution of few regulatory circuits that controls the intensity of plant NMD. We have shown that certain NMD regulatory systems have already operated in the common ancestor of extant eukaryotes, while others are higher plant specific. We have also described a complex and plant specific autoregulatory mechanism that helps the plants to keep the balance between translation termination, NMD and translational readthrough.
Kerényi F, Wawer I, Sikorski P. J, Kufel J, Silhavy D (corr. author): Phosphorylation of the N- and C-terminal UPF1 domains plays a critical role in plant nonsense-mediated mRNA decay (NMD)., Plant J. Dec;76(5):836-48. doi: 10.1111/tpj.12346., 2013
Benkovics AH, Nyikó T, Mérai Z, Silhavy D#, Bisztray GD: Functional analysis of the grapevine paralogs of the SMG7 NMD factor using a heterolog VIGS-based gene depletion-complementation system., Plant Mol Biol. 2011 Feb;75(3):277-90. Epub 2011 Jan 14., 2011
Kalmar L, Acs V, Silhavy D, Tompa P.: Long-Range Interactions in Nonsense-Mediated mRNA Decay Are Mediated by Intrinsically Disordered Protein Regions., J Mol Biol. 2012 Dec 7;424(3-4), 2012
Mérai Z, Benkovics AH, Nyikó T, Debreczeny M, Hiripi L, Kerényi Z, Kondorosi E, Silhavy D#.: The late steps of plant nonsense-mediated mRNA decay (NMD)., Plant J. Volume 73, Issue 1, pages 50–62, January 2013, 2013
Nyikó T, Kerényi F, Szabadkai L, Benkovics H.A, Major P, Sonkoly B, Mérai Zs, Barta E, Niemiec E, Kufel J, Silhavy D (corr. author): Plant nonsense-mediated mRNA decay is controlled by different autoregulatory circuits and can be induced by an EJC-like complex, Nucleic Acids Research. Jul;41(13):6715-28. doi: 10.1093/nar/gkt366., 2013
Mérai Z, Benkovics AH, Nyikó T, Debreczeny M, Hiripi L, Kerényi Z, Kondorosi E, Silhavy D (corr.author): The late steps of plant nonsense-mediated mRNA decay (NMD)., Plant J. Sep 13. doi: 10.1111/tpj.12015. [Epub ahead of print], 2012
Benkovics AH, Nyikó T, Mérai Z, Silhavy D(corr.author), Bisztray GD.: Functional analysis of the grapevine paralogs of the SMG7 NMD factor using a heterolog VIGS-based gene depletion-complementation system., Plant Mol Biol. feb;75(3):227-90., 2011
Events of the project
2014-08-27 09:59:45
Résztvevők változása
2014-04-10 16:20:56
Résztvevők változása
2014-01-02 14:56:21
Kutatóhely váltás
A kutatás helye megváltozott. Korábbi kutatóhely: (Nemzeti Agrárkutatási és Innovációs Központ), Új kutatóhely: Mezőgazdasági Biotechnológiai Kutatóintézet (Nemzeti Agrárkutatási és Innovációs Központ).
