General biochemistry and metabolism (Council of Medical and Biological Sciences)
50 %
Cell biology and molecular transport mechanisms (Council of Medical and Biological Sciences)
50 %
Panel
Molecular and Structural Biology and Biochemistry
Department or equivalent
Agricultural Biotechnology Institute (ABC) (National Agricultural Research and Innovation Centre)
Participants
Hangyáné Benkovics, Anna Kerényi, Zoltán Mérai, Zsuzsanna Nyikó, Tünde
Starting date
2006-02-01
Closing date
2010-01-31
Funding (in million HUF)
19.300
FTE (full time equivalent)
6.75
state
closed project
Summary in Hungarian
Bár az eukarióta génregulációban az RNS szintű szabályozási folyamatok alapvető szerepet játszanak, a növényi RNS szintű szabályozási folyamatokról rendkívül keveset tudunk. Az eukarióta sejtekben képződő mRNS-ek jelentős része hibás. Az evolúció során számos, a hibás mRNS-eket felismerő és degradáló rendszer alakult ki, melyek biztosítják, hogy csak a hibátlan mRNS-ek transzlálódhassanak. A korai stop kodont (PTC) tartalmazó hibás mRNS-ek degradációjáért a nonsense-mediated decay (NMD) rendszer felel. Az NMD rendszer hibaelhárító funkciója mellett, alapvető szerepet tölt be a normál mRNS-ek szabályozásában, a telomer struktúra fenntartásában, a transzláció iniciációjában és terminációjában, illetve együttműködik más RNS szintű regulációs folyamatokkal, így az RNS silencing rendszerrel is. Meglepő módon a növényi NMD-ről szinte semmit sem tudunk. Pályázatunk célja a növényi NMD rendszer feltérképezése. Molekuláris biológiai, genetikai és biokémia eszközök kombinálásával próbáljuk azonosítani a növényi NMD cisz és transz faktorait, feltárni a növényi NMD rendszer működését, tisztázni biológiai szerepét, és felderíteni az NMD és a silencing rendszerek kapcsolatait. A program sikere jelentősen hozzájárulhat a növényi RNS szintű szabályozási folyamatok megértéséhez. A felállítandó új típusú kísérleti rendszerek alkalmasak lesznek más növényi RNS biológiai folyamatok, így a splicing vagy a silencing rendszerek feltérképezéséhez is.
Summary
In eukaryotic cells different quality control mechanisms operate to avoid translation of aberrant mRNAs. NMD is a translation-coupled quality control system that degrades mRNAs containing premature stop codon (PTC), thus it prevents the accumulation of truncated proteins. In addition, NMD is also involved in the regulation of stability of many wild-type mRNAs and it is connected to other RNA-based regulatory systems including RNA silencing. Surprisingly, plant NMD is very poorly understood. The objectives of our project are to identify the cis and trans factors of plant NMD, to describe the molecular mechanism of it, to unravel the biological role of plant NMD and to investigate the connections between NMD and silencing systems. The success of our project could significantly contribute to our understanding of RNA-based gene regulatory processes of higher plants. Moreover, new assay systems that will be elaborated to study NMD can be utilized to analyze splicing or silencing systems.
Final report
Results in Hungarian
A program célja a növényi Nonsense-mediated mRNA decay (NMD) rendszer molekuláris biológiájának megismerése volt. Az NMD egy ősi eukarióta minőségbiztosítási rendszer, amely felismeri és lebontja a korai stop kodonokat (PTC) tartalmazó mRNS-eket, ezáltal megelőzi a csonka, domináns-negatív mutáns fehérjék képződését.
A program során kimutattuk, hogy a növényi NMD rendszer PTC-ként ismer fel minden stop kodont, amely utána 3’UTR régió szokatlanul hosszú, vagy ahol a 3’UTR-ban intron található. Azonosítottuk a növényi NMD rendszer 6 transz faktorát, és kimutattuk, hogy a kétféle NMD cisz elem felismerés csak részben átfedő génkészletet igényel. Igazoltuk, hogy a PTC tartalmú növényi transzkriptek kétféle úton bomolhatnak le, az SMG-7, illetve a UPF1 irányította útvonalon. Kimutattuk, hogy az utóbbi XRN4 5’-3’ exonukleázt igényel. Munkánk során bizonyítottuk, hogy a növényi NMD autoregulált, az SMG-7 NMD faktort az NMD negatívan regulálja. Végül eredményeink alapján egy új eukarióta NMD evolúciós modellt dolgoztunk ki.
Results in English
The aim of this project was to understand the molecular basis of plant Nonsense-mediated mRNA decay (NMD) system. NMD is an ancient eukaryotic quality control system that identifies and degrades mRNAs containing premature termination codons (PTC), thereby preventing the accumulation of truncated dominant-negative mutant proteins.
During this project we have shown that plant NMD system identifies any stop codon as a PTC if the 3’UTR is unusually long or if the 3’ UTR contains an intron. We have identified 6 NMD trans factors and shown that the two NMD cis elements identification system requires overlapping but not identical gene sets. We have demonstrated that PTC containing mRNAs can be degraded by two pathways, one is mediated by SMG-7 and another is controlled by UPF1. XRN4 exonuclease is required only for the UPF1 mediated pathway.
We have shown that plant NMD is an autoregulated system as SMG-7 NMD trans factor is negatively regulated by NMD. Finally, we have elaborated a new model for the evolution of eukaryotic NMD systems.
Kertész S, Kerényi Z, Mérai Z, Bartos I, Pálfy T, Barta E, Silhavy D: Both introns and long 3'-UTRs operate as cis-acting elements to trigger, Nucleic Acids Res. 2006;34(21):6147-57. Epub 2006 Nov 6., 2006
Kerényi Z, Mérai Zs, Hiripi L, Benkovics A, Gyula P, Lacomme C, Barta E, Nagy F, Silhavy D: Interkingdom Conservation of Mechanism of Nonsense-mediated mRNA decay., EMBO Journal 2008 ; Jun 4;27(11):1585-95., 2008
Nyikó T, Sonkoly B, Mérai Zs, Benkovics H.A, Silhavy D: Plant upstream ORFs can trigger nonsense-mediated mRNA decay in a size-dependent manner, Plant Mol Biol. Nov;71(4-5):367-78., 2009
Events of the project
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).
