Structural studies of proteins involved in spinal muscular atrophy (SMA): Sam68 and its interaction with RNA

Abstract

Spinal muscular atrophy (SMA) is an autosomal recessive, and neurodegenerative disease, most of the cases caused by mutations in the SMN1 gene. The expression levels of the homologue gene, SMN2, do not compensate the activity of the SMN protein. A number of studies have described that the instability of the SMN2 gene is due to a C-T transition in exon 7, which causes that the majority of SMN2 transcripts are alternatively spliced, excluding exon 7. Sam68 is a member of the STAR family of proteins (signal transduction and activation of RNA), which regulates the alternative splicing of several genes involved in the neurogenesis. Inhibition of Sam68's activity can rescue SMN activity, suggesting an important role of this protein in the disease. The development of short interfering peptides / molecules to modulate the alternative splicing of the SMN2 gene may be effective and improve the motor function. This approach requires the resolution of the 3D-structure of Sam68, as well as the modeling of the protein-RNA interaction. In this project, structural studies Sam68 have been carried out by using different computational tools for protein structure prediction, as well as for prediction of RNA-protein interactions. The scores obtained were greater in the area corresponding to the KH domain (RNA-binding domain), although the reliability prediction of RNA-interacting residues was more limited due to the lack of experimental research available in the databases.

La atrofia muscular espinal es una enfermedad neurodegenerativa autosómica recesiva, causada en la mayor parte de los casos por mutaciones en el gen SMN1. Los niveles de expresión del gen homólogo, SMN2, no compensan la actividad de la proteína SMN. Algunos estudios han descrito que la inestabilidad del gen SMN2 se debe a una transición C-T en el exón 7, lo cual produce que la mayoría de los tránscritos de SMN2 se produzcan por empalme alternativo, excluyendo el exón 7. Sam68 pertenece a la familia de proteínas STAR (transducción de señales y activación del ARN), la cual regula el proceso de empalme alternativo en varios genes implicados en la neurogénesis. La inhibición de la actividad de Sam68 puede rescatar la actividad de SMN, lo que sugiere que esta proteína juega un papel importante en esta enfermedad. El desarrollo de péptidos pequeños / moléculas interferentes para modular el empalme alternativo del gen SMN2 puede ser efectivo y mejorar la actividad motora. Este enfoque requiere resolver la estructura 3D de Sam68, así como el modelado de la interacción ARN-proteína. En este proyecto se han llevado a cabo estudios estructurales mediante el uso de diversas herramientas computacionales para la predicción de estructura de Sam68, así como para la predicción de interacciones ARN-proteína. Las puntuaciones obtenidas fueron más altas en la región correspondiente al dominio KH (dominio de unión al ARN), aunque la fiabilidad de la predicción de los residuos que interaccionan con el ARN es más limitada debido a la falta de estudios experimentales disponibles en las bases de datos.

L'atròfia muscular espinal és una malaltia neurodegenerativa autosómica recessiva, causada en la major part dels casos per mutacions en el gen SMN1. Els nivells d'expressió del gen homòleg, SMN2, no compensen l'activitat de la proteïna SMN. Alguns estudis han descrit que la inestabilitat del gen SMN2 es deu a una transició C-T en el exón 7, la qual cosa produeix que la majoria dels tránscritos de SMN2 es produeixin per entroncament alternatiu, excloent el exón 7. Sam68 pertany a la família de proteïnes STAR (transducción de senyals i activació del ARN), la qual regula el procés d'entroncament alternatiu en diversos gens implicats en la neurogénesis. La inhibició de l'activitat de Sam68 pot rescatar l'activitat de SMN, la qual cosa suggereix que aquesta proteïna juga un paper important en aquesta malaltia. El desenvolupament de pèptids petits / molècules interferents per modular l'entroncament alternatiu del gen SMN2 pot ser efectiu i millorar l'activitat motora. Aquest enfocament requereix resoldre l'estructura 3D de Sam68, així com el modelatge de la interacció ARN-proteïna. En aquest projecte s'han dut a terme estudis estructurals mitjançant l'ús de diverses eines computacionals per a la predicció d'estructura de Sam68, així com per a la predicció d'interaccions ARN-proteïna. Les puntuacions obtingudes van ser més altes a la regió corresponent al domini KH (domini d'unió al ARN), encara que la fiabilitat de la predicció dels residus que interaccionen amb el ARN és més limitada a causa de la falta d'estudis experimentals disponibles en les bases de dades.