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Co-transcriptional ribosome assembly in real time

Applicant Duss Olivier
Number 152131
Funding scheme Early Postdoc.Mobility
Research institution The Skaggs Institute for Chemical Biology The Scripps Research Institute
Institution of higher education Institution abroad - IACH
Main discipline Molecular Biology
Start/End 01.02.2014 - 30.04.2015
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All Disciplines (2)

Discipline
Molecular Biology
Biophysics

Keywords (5)

ribosome biogenesis; real time ribosome assembly; single molecule microscopy; co-transcriptional ribosome assembly; RNP assembly

Lay Summary (German)

Lead
Das Ribosom ist eine riesengrosse makromolekulare Maschine, welche die Proteine in der Zelle herstellt. Das bakterielle Ribosom besteht aus drei RNA Molekülen und mehr als 50 Proteinen. Das Wissen, wie eine so grosse Anzahl von Makromolekülen in ein funktionierendes Ribosom zusammengesetzt wird, ist beschränkt aber von hoher medizinischer Bedeutung.
Lay summary

Inhalt und Ziel des Forschungsprojekts 

Der grösste Teil der Forschung hat sich darauf fokusiert, wie sich das Ribosom aus fertig hergestellter ribosomaler RNA und den Proteinen aufbaut. Es ist jedoch unbekannt wie sich das Ribosom aufbaut, wenn die ribosomale RNA während des ribosomalen Aufbaus gleichzeitig hergestellt wird, eine Situation die mehr der Wirklichkeit einer lebendigen Zelle entspricht. Ziel unseres Forschungsprojektes ist zu verstehen, wie sich das Ribosom aufbaut, wenn die ribosomale RNA während des Aufbaus gleichzeitig hergestellt (transkribiert) wird. Die meisten Methoden, die bisher zur Untersuchung des ribosomalen Aufbaus verwendet wurden, detektieren nur Ensembles von Molekülen. Um den ribosomalen Aufbaus während der Transkription der ribosomalen RNA beobachten zu können, verwenden wir eine Methode, die es erlaupt nur einzelne Moleküle anzuschauen. Damit ist es möglich im Reagenzglas die Bindung einzelner Proteine an die ribosomale RNA zu beobachten während die ribosomale RNA gleichzeitig hergestellt wird.

Wissenschaftlicher und gesellschaftlicher Kontext des Forschungsprojekts 

Damit Bakerien wachsen können, ist ein schneller und effizienter Aufbaus von Ribosomen sehr wichtig. Ein vertieftes Verständnis des bakeriellen ribosomalen Aufbaus hat deshalb ein grosses Potential, um mögliche Medikamente herzustellen, die auf das bakterielle Ribosom abzielen.

Direct link to Lay Summary Last update: 28.12.2013

Responsible applicant and co-applicants

Publications

Publication
Real-time assembly of ribonucleoprotein complexes on nascent RNA transcripts
Duss Olivier, Stepanyuk Galina A., Grot Annette, O'Leary Seán E., Puglisi Joseph D., Williamson James R. (2018), Real-time assembly of ribonucleoprotein complexes on nascent RNA transcripts, in Nature Communications, 9(1), 1.

Collaboration

Group / person Country
Types of collaboration
Puglisi/Stanford University United States of America (North America)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Research Infrastructure

Awards

Title Year
Human Frontier Science Foundation (HFSP) long-term postdoctoral fellowship for 3 years 2015

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
160978 Co-transcriptional ribosome assembly in real-time 01.05.2017 Advanced Postdoc.Mobility

Abstract

Ribosomes, the cellular protein production machines, are efficiently assembled from a large number of RNA and protein macromolecules in a short time. Although in vitro work has provided great insight into the mechanism of ribosome assembly, in vitro and in vivo data show certain inconsistencies. One major difference is that in vivo the RNA is co-transcribed in the presence of the ribosomal proteins. Another caveat in the past ribosome assembly work, is that almost all mechanistic findings are based on ensemble biophysical methods in which binding of each ribosomal protein is detected as the average state of all populations in which it is present. In the proposed project, I will investigate ribosome assembly at the single molecule level using a scheme where the rRNA is co-transcribed in the presence of the r-proteins. I will develop the technology for studying the assembly of the 3’ domain of the 30S ribosomal subunit, first using total internal reflection single molecule microscopy, and then adapting it to the unique and more powerful zero mode waveguide technology. The latter method allows detection of weak, and so far inaccessible physiological relevant interactions, and allows observation of up to four fluorescently labeled macromolecules at a time. Once the technique is established for this model system, I can easily extend it to answering other key biological questions such the influence of processing RNases, modifying enzymes, ribosome assembly factors or even potential small molecule drugs on ribosome assembly in real time.
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