title: Structural and biochemical characterization of the MATRIN3 C-terminal zinc finger domain
Creators: name: Kranz, Kevin Alexander
Publisher: name: :none
Year: 2024

description: Das im Zellkern befindliche Matrixprotein MATRIN3 ist eines der am häufigsten vorkommenden Proteine im menschlichen Proteom. Es spielt eine wichtige, aber noch nicht vollständig verstandene Rolle bei der Organisation biologischer Prozesse im eukaryotischen Zellkern. Trotz der vielen Funktionen und Krankheiten, in die MATRIN3 involviert zu sein scheint, ist das Wissen über seine spezifischen Interaktionen und Mechanismen innerhalb der nukleären Matrix noch begrenzt. Diese Arbeit zielt darauf ab, die Rolle von MATRIN3 weiter zu beleuchten. Der Fokus liegt dabei auf seiner Fähigkeit, Homodimere zu bilden. Das Verständnis der Homodimerisierung von MATRIN3 ist entscheidend, da es Einblicke in die Interaktionen von nuklearen Proteinen und die Aufrechterhaltung der nukleären Integrität gibt, die für eine ordnungsgemäße Zellfunktion und Genexpression unerlässlich sind. Wir identifizierten die C-terminale Zinkfingerdomäne als Hauptfaktor der Homodimerisierung und enthüllten einen neuartigen Interaktionsmechanismus innerhalb der C2H2-Zinkfinger Superfamilie. Durch den Einsatz von Röntgenkristallographie bestimmten wir eine Struktur, die mit einer Auflösung von 2,35 Å, die die dimerisierte C-terminale Zinkfingerdomäne von MATRIN3 zeigt. Diese Interaktion erfolgt am β-Hairpin-Motiv der Zinkfingerdomäne und führt zur Bildung eines antiparallelen β-Faltblattes. Diese Interaktion unterscheidet sich erheblich von dem, was bisher über die Dimerisierung der Zinkfingerdomänen in der C2H2-Superfamilie bekannt war. Bisher waren ausschließlich Dimerisierungen über die α-Helix-Region aus dieser Zinkfingerfamilie bekannt. Durch eine Größenauschlusschromatographie gekoppelt mittels Mehrwinkel-Lichtstreuungs Analyse wurde gezeigt, dass die C-terminale Zinkfingerdomäne von MATRIN3 in Lösung als Dimer vorliegt. Aufgrund von Affinitätsuntersuchungen schätzen wir die Dissoziationskonstante im unteren einstelligen Mikromolarbereich. Proteine wie ZNF638, RBM20 und CIZ1, die strukturell ähnliche C-terminale Zinkfingerdomänen besitzen, zeigen laut AlphaFold2-Vorhersagen identische Interaktionen, möglicherweise mit unterschiedlichen Bindungsaffinitäten. Dies deutet auf die Möglichkeit einer Unterklasse innerhalb der Matrin/U1-C-ähnlichen, C2H2-Typ Zinkfingerfamilie hin, die auf diese Weise Dimere bilden können. Erste Erkenntnisse in dieser Arbeit deuten außerdem auf eine mögliche Interaktion zwischen der dimerisierten C-terminalen Zinkfingerdomäne von MATRIN3 und doppelsträngiger RNA hin, was einen neuartigen Aspekt der Funktionalität von MATRIN3 suggeriert. Diese Erkenntnisse werden durch Nukleinsäure-Degradationsassay, elektrophoretische Mobilitätsverschiebungstest und Docking-Simulationen mit HDOCK unterstützt, müssen jedoch noch durch weitere Experimente bestätigt werden. Gestützt auf die gelöste Struktur von MATRIN3 als Homodimer, welche die Interaktion der C-terminalen Zinkfingerdomäne durch die Bildung eines β-Faltblattes zeigt, und erste Hinweise auf die Interaktion seiner dimeren Form mit doppelsträngiger RNA, eröffnen wir eine neue mögliche Rolle für die C-terminale Zinkfingerdomäne von MATRIN3 im RNA-Metabolismus und in der Chromatinorganisation. Dies bildet die Grundlage für das in dieser Arbeit vorgeschlagene Modell. Aufbauend auf einem konzeptionellen Rahmen, der in 2023 vorgeschlagen wurde, führen wir eine zusätzliche Ebene in das MATRIN3-antisense LINE1 RNA- Maschenmodell ein. Dieses Modell impliziert, dass unsere Entdeckung der Homodimerisierung von MATRIN3 durch seine C-terminale Zinkfingerdomäne und dessen Interaktion mit doppelsträngiger RNA eine Schlüsselrolle für MATRIN3 bei der Stabilisierung des nuklearen phasenseparierten Meshworks bildet. Durch die neuen Erkenntnisse über die Homodimerisierung von MATRIN3 und die potenzielle Interaktion mit doppelsträngiger RNA wird ein zusätzlicher Aspekt der Funktion von MATRIN3 im Zellkern beleuchtet. Unsere Ergebnisse legen nahe, dass MATRIN3 wesentliche an der Aufrechterhaltung der strukturellen Integrität des Zellkerns mitwirkt und daher auch eine Rolle bei der Regulation von Genexpression und RNA-Metabolismus spielt. Zukünftige Untersuchungen sollten sich darauf konzentrieren, die spezifischen Mechanismen dieser Interaktionen weiter zu erforschen und deren Auswirkungen auf die zellulären Funktionen umfassender zu verstehen.