The Williams-Beuren syndrome chromosome region protein WBSCR22 is a ribosome biogenesis factor

Abstract

Ribosoomide biogeneesil osaleb ligi 300 valku, millest ligi kolmandik on seotud genoomsete haiguste ja kasvajate tekkega. Williams-Beureni sündroom (WBS) on arenguhäire, mida põhjustab umbes 30 geeni sisaldava regiooni puudumine seitsmendast kromosoomist. WBS patsientidel esineb rida erivaid probleeme – südame-veresoonkonna haigused, sidekoe arenguhäired, neuroloogilised probleemid, spetsiifiline kognitiivne profiil, kasvuprobleemid ja iseloomulikud näojooned. Ümberkorraldused WBS kromosoomiregioonis tekivad madalakoopiaarvuliste kordusjärjestuste esinemise tõttu, kuid hetkel pole teada, kuidas üksikute geenide koopiaarvu muutus põhjustab haigustunnuseid. Arvatakse, et paljud geenid on olulised WBS-i tekkel, mistõttu on vajalik nendelt geenidelt ekspresseeritavate valkude funktsioonide uurimine. Üheks WBS lookusest avalduvaks valguks, mille funktsioon enne antud töö raames sooritatud katsete tegemist oli teadmata, on WBSCR22. WBSCR22 iseloomustamine on oluline ka seetõttu, et tema avaldumistase on tõusnud mitmete kasvajate korral ja on teada, et ta mõjutab kasvajarakkude elulemust ja metastaaside teket. Antud doktoritöö esimese osa eesmärgiks oli WBSCR22 funktsiooni uurimine imetaja rakkudes. Leiti, et WBSCR22 valk asub hajusalt rakutuumas, kuid esineb ka valgu kogunemist tuumakesse – piirkonda, kus toimub ribosomaalse RNA (rRNA) süntees ja algab ribosoomide biogenees. Doktoritöös leiti, et WBSCR22 on oluline rakkude kasvuks, ribosoomi väikese subühiku biogeneesiks ja pre-rRNA protsessinguks. Täpsemalt, WBSCR22 ekspressiooni allareguleerimine põhjustab küpse 18S rRNA viimase eellase, 18S-E pre-rRNA, kuhjumist raku tuumas. See toob kaasa 18S rRNA ja ribosoomi väikese subühiku hulga vähenemise tsütoplasmas, mis võib viia rakkude aeglase jagunemiseni. Doktoritöös leiti, et üheks WBSCR22-ga seonduvaks valguks on TRMT112. TRMT112 paiknemine rakus on määratud WBSCR22 poolt: WBSCR22-TRMT112 kompleks asub raku tuumas ning kompleksi teke on vajalik WBSCR22 stabiilsuseks. TRMT112 hulga vähenemisel suunatakse WBSCR22 lagundamisele. Doktoritöö teises osas analüüsiti retroviiruste Gag valgu poolt indutseeritud viiruslaadsete partiklite (VLP-de) valgulist koostist ning avastati, et nendes VLP-des esineb suur hulk rakulisi valke, sealhulgas ribosoomivalke, kuid nende roll VLP-des ei ole teada.

In human cells, almost 300 trans-acting factors are required for the production of ribosomes. Investigating the functions of these proteins is of biomedical importance, as one third of the factors are related to genetic diseases and cancer. Williams-Beuren syndrome is a developmental disorder caused by the contiguous deletion of 26–28 genes from chromosome 7. This genomic disorder is characterized by cardiovascular abnormalities, connective tissue anomalies, a characteristic neurocognitive and behavioural profile, growth delay, and a subtle but distinctive facial dysmorphology. The low copy repeat blocks of the seventh chromosome predispose to genomic rearrangements. However, it is not known how the alterations in the copy number of individual genes contribute to the disease phenotypes. Several genes probably contribute to the phenotype and therefore, it is important to study the cellular functions of the proteins expressed from the WBS locus. The gene encoding for WBSCR22 protein is deleted in WBS, and studying the function of WBSCR22 is also relevant for cancer biology, since several works have demonstrated that WBSCR22 is upregulated in various types of cancers and regulates the survival and metastatic potential of cancer cells. The first part of this dissertation is focused on studying the function of the WBSCR22 protein in mammalian cells, and revealed that WBSCR22 is important for cell growth, ribosome biogenesis and pre-rRNA processing. More precisely, silencing of WBSCR22 expression causes the accumulation of 18S-E pre-rRNA, the final precursor of 18S rRNA, in the cell nucleus, leading to a reduced amount of mature 18S rRNA and ribosome small subunit. In addition, it was found that WBSCR22 interacts with TRMT112 protein and that this interaction is important for the stability of WBSCR22 protein. In conditions where the amount of TRMT112 is limited, WBSCR22 is degraded by the proteasome. The second part of this thesis is focused on analysing the protein content of virus-like particles (VLPs) induced by the expression of murine leukaemia virus (MLV) Gag protein. The results revealed that these VLPs contain various cellular proteins, including ribosomal proteins of both subunits.