Laura D. Gallego Valle, MSc
MedUni Wien RESEARCHER OF THE MONTH, November 2017
Die Jury „Researcher of the Month“ verleiht die Auszeichnung für diesen Monat Frau MSc. Laura D. Gallego Valle aus Anlass der im Top-Journal „Proceedings of the National Academy of Sciences“ (IF 9.7) erschienenen Arbeit „Structural mechanism for the recognition and ubiquitination of a single nucleosome residue by Rad6-Bre1” (1). Die multidisziplinäre Studie enstand im Rahmen des PhD-Studiums von Laura an den Max F. Perutz Laboratories (MFPL) in der Arbeitsgruppe von Ao. Prof. Dr. A. Köhler in Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. B. Zagrovic (MFPL) und Dr. T. Clausen (Institute Molecular Pathology, IMP) in Wien, Dr. F. Herzog (Gene Center, LMU, München, Deutschland) und Dr. N. Zheng (Howard Hughes Institute, University of Washington, Seattle, USA).
Histone-Ubiquitinierung im Detail-ein molekularer Schnappschuss
Im Menschen gibt es etwa 20 000 Gene, die für Proteine kodieren, jedoch sind in einer bestimmten Zelle nur eine geringe Zahl davon aktiviert. Die Regulation der Aktivierung und Deaktivierung der Gene wird von mehreren großen Enzymkomplexen durchgeführt, die entweder die DNA oder die daran gebundenen Histone modifizieren können. Der DNA-Histonkomplex wird als Nukleosom bezeichnet, der die genetische Information in eine Chromatinfaser verpackt, die sich durch enzymatische Modifikationen verändern und so Gene aktivieren oder stilllegen kann. Zahllose Krankheiten sind mit Mutationen, Verlust und fehlgeleiteter Regelung von Genen verknüpft. Es ist deshalb von entscheidender Bedeutung, die Chromatin-Biologie zu verstehen.
Eine wichtige Modifikation für den Start der Transkription ist die Bindung eines einzigen Ubiquitin-Moleküls (Ub) an das Histon-Protein H2B. Ubiquitin ist ein kurzes Peptid, das an die Aminosäure Lysin angehängt werden kann und als Signalmolekül in der Zelle wirkt. Die Wichtigkeit der H2B-Ub am Lys 123 in Hefe war schon lange bekannt, wie jedoch die drei Ubiquitinilierungsenzyme spezifisch nur dieses eine Lys123 am Nukleosom modifizieren und wie dies das Chromatin reguliert, war nicht erforscht. Zuerst konnte durch detaillierte biochemische Methoden aufgeklärt werden, wie die Ubiquitinilierungsenzyme (Bre1 und Rad6) gemeinsam die spezifische H2B Ubiquitinierung nur am Lys123 bewirken (3). In der neuen Studie wurde nun mit Hilfe von chemischen Cross-linker und Massenspektrometrie eine detaillierte Struktur und Topologie der Wechselwirkung der Enzyme Bre1-Rad6 erarbeitet, aus der hervorgeht, wie Bre1 das Nukleosom erkennt und das Ubiquitin spezifisch nur an das Lys 123 anhängt (1). Ausschlaggebend für die herausragende Publikation war aber, dass es Laura D. Gallego Valle auch gelungen ist, den enzymatischen Mechanismus dieser Reaktion durch akribische biochemische Experimente mit gereinigten Proteinen zu rekonstruieren und durch gezielte Mutationen zu zeigen, welche Bedingungen notwendig oder ausreichend für die flüchtige Bindung des Bre1 an das Nukleosom sind und welche für den enzymatischen Mechanismus. Sie konnte auch zeigen, dass die De-ubiquitinase SAGA mit der Bre1 Bindung an der gleichen Stelle konkurriert, was eine Feinregulierung dieser Modifikation durch diese beiden Enzyme nahelegt. Da eine fehlerhafte Ubiquitinierung der Histone Ursache für mehrere Krankheiten ist, kommt dem genauen Verständnis des Zusammenwirkens von Bre1 und Rad6 essentielle Bedeutung zu, um neue Therapieansätze entwickeln zu können.
Wissenschaftliches Umfeld
MSc. Laura D. Gallego Valle hat ein Diplom in Biotechnologie von der Universität Sevilla, Spanien, und einen Master in Mikrobiologie vom Max Planck Institut in Bremen. Sie hat sich dann bei dem Vienna Biocenter PhD Programm beworben und bei der Selektion hervorragend abgeschnitten. Ihre Dissertation hat sie im Labor von Ao. Prof. Dr. Alwin Köhler im Rahmen des DK RNA Biologie begonnen. Ihr Projekt war von Anfang an fächerübergreifend, da es neben der RNA und Proteinbiochemie auch Strukturbiologie und Signaltransduktion beinhaltete. Dies gab ihr Gelegenheit mit vielen Arbeitsgruppen am Biocenter zusammenzuarbeiten, im speziellen mit jenen mit Schwerpunkt auf Ubiquitin als auch mit Struktur- und Modelling-Gruppen (Gruppe: Tim Clausen, IMP; Bojan Zagrovic, Max F. Perutz Laboratories). Aber auch die enge Zusammenarbeit mit anderen ExpertInnen am Münchener Genzentrum und dem Howard Hughes Institute an der University of Washington in Seattle (USA) war entscheidend für den Erfolg ihrer Experimente.
Sie hat für ihr Projekt ein DOC-Stipendium der Akademie der Wissenschaften bekommen und das FWIS L´Oréal Österreich-Stipendium, bei dem Sie auch ihre Selbstständigkeit unter Beweis gestellt hat. Sie hat hochrangige Ubiquitin-Konferenzen besucht, dabei eine EMBO- (2014) und eine FASEB- (2016) Konferenz, bei denen sie zwei Poster Preise gewonnen hat. Sie wurde auf der letzten Jahrestagung des Ubiquitin Symposiums in Wien (2017) mit dem „Best Oral Presentation“ Preis ausgezeichnet.
Zur Person
Laura D. Gallego Valle wurde 1987 in Sevilla (Spanien) geboren. Sie absolvierte von 2005 bis 2010 das Studium Biotechnologie an der University Pablo de Olavide in Sevilla (Spanien), danach von 2010 bis 2012 das Masterstudium in Mikrobiologie an der Max Planck Institut in Bremen (Deutschland). Seit 2013 ist Laura PhD-Studentin am Vienna Biocenter, Max F. Perutz Laboratories, Dept. Medizinische Biochemie der Medizinische Universität Wien, und arbeitet in enger Kollaboration mit Wissenschaftlern im IMP.
Ausgewählte Literatur
1. Gallego L.D., Ghodgaonkar Steger M, Polyansky A, Schubert T, Zagrovic B, Zheng N, Clausen T, Herzog F, and Köhler A; Structural mechanism for the recognition and ubiquitination of a single nucleosome residue by Rad6-Bre1. PNAS (2016) 113(38):10553-10558
2. Morgan M.T., Haj-Yahya M., Ringel A.E., Bandi P., Brik A., Wolberger C; Structural basis for histone H2B deubiquitination by the SAGA DUB module. Science (2016) 351(6274):725-728
3. Gallego L.D.*, Turco E.*, Schneider M., Köhler A; Monoubiquitination of histone H2B is intrinsic to the Bre1 RING domain – Rad6 interaction and augmented by a second Rad6 – binding site on Bre1. J. Biol. Chem. (2014) 290(9):5293-5310
4. McGinty R.K., Henrici R.C., Tan S; Crytal structure oft he PRC1 ubiquitylation module bound to the nucleosome. Nature (2014) 514(7524);591-596
5. Köhler A., Zimmerman E., Schneider M., Hurt E., Zheng N; Structural basis for assembly and activation of the heterotetrameric SAGA H2B histone deubiquitinase module. Cell (2010) 141(4):606-617