CE
Christoph Engel
Author with expertise in Ribosome Structure and Translation Mechanisms
Achievements
Cited Author
Open Access Advocate
Key Stats
Upvotes received:
0
Publications:
9
(67% Open Access)
Cited by:
223
h-index:
22
/
i10-index:
31
Reputation
Biology
< 1%
Chemistry
< 1%
Economics
< 1%
Show more
How is this calculated?
Publications
1

Cryo-EM structure of the NLRP3 decamer bound to the cytokine release inhibitory drug CRID3

Inga Hochheiser et al.Jul 22, 2021
Abstract NLRP3 is an intracellular sensor protein whose activation by a broad spectrum of exogenous and endogenous stimuli leads to inflammasome formation and pyroptosis. The mechanisms leading to NLRP3 activation and the way how antagonistic small molecules function remain poorly understood. Here we report the cryo-electron microscopy structures of full-length NLRP3 in its native form and complexed with the inhibitor CRID3 (also named MCC950). Inactive, ADP-bound NLRP3 is a decamer composed of homodimers of intertwined LRR domains that assemble back-to-back as pentamers with the NACHT domain located at the apical axis of this spherical structure. Molecular contacts between the concave sites of two opposing LRRs are mediated by an acidic loop extending from an LRR transition segment. Binding of CRID3 significantly stabilizes the NACHT and LRR domains relative to each other, allowing structural resolution of 3.9-4.2 Å. CRID3 binds into a cleft, connecting four subdomains of the NACHT with the transition LRR. Its central sulfonylurea group interacts with the Walker A motif of the NLRP3 nucleotide-binding domain and is sandwiched between two arginines from opposing sites, explaining the specificity of NLRP3 for this chemical entity. With the determination of the binding site of this lead therapeutic, specific targeting of NLRP3 for the treatment of autoinflammatory and autoimmune diseases and rational drug optimization are within reach.
1
Citation9
0
Save
4

The human RNA polymerase I structure reveals an HMG-like transcription factor docking domain specific to metazoans

Julia Daiß et al.Dec 22, 2021
Abstract Transcription of the ribosomal RNA precursor by RNA polymerase (Pol) I is a major determinant of cellular growth and dysregulation is observed in many cancer types. Here, we present the purification of human Pol I from cells carrying a genomic GFP-fusion on the largest subunit allowing the structural and functional analysis of the enzyme across species. In contrast to yeast, human Pol I carries a single-subunit stalk and in vitro transcription indicates a reduced proofreading activity. Determination of the human Pol I cryo-EM reconstruction in a close-to-native state rationalizes the effects of disease-associated mutations and uncovers an additional domain that is built into the sequence of Pol I subunit RPA1. This ‘dock II’ domain resembles a truncated HMG-box incapable of DNA-binding which may serve as a downstream-transcription factor binding platform in metazoans. Biochemical analysis and ChIP data indicate that Topoisomerase 2a can be recruited to Pol I via the domain and cooperates with the HMG-box domain containing factor UBF. These adaptations of the metazoan Pol I transcription system may allow efficient release of positive DNA supercoils accumulating downstream of the transcription bubble.
4
Citation1
0
Save
0

DNA origami-based single-molecule force spectroscopy unravels the molecular basis of RNA Polymerase III pre-initiation complex stability

Kevin Kramm et al.Sep 19, 2019
The TATA-binding protein (TBP) and a transcription factor (TF) IIB−like factor compound the fundamental core of all eukaryotic initiation complexes. The reason for the emergence and strict requirement of the additional intiation factor Bdp1, which is unique to the RNA polymerase (RNAP) III sytem, however, remained elusive. A poorly studied aspect in this context is the effect of DNA strain, that arises from DNA compaction and transcriptional activity, on the efficiency of initiation complex formation. We made use of a new nanotechnological tool − a DNA origami-based force clamp - to follow the assembly of human initiation complexes in the Pol II and Pol III system at the single-molecule level under piconewton forces. We demonstrate that TBP-DNA complexes are force-sensitive and TFIIB is necessary and sufficient to stabilise TBP on a strained RNAP II promoter. In contrast, Bdp1 is the pivotal component that ensures stable anchoring of initiation factors, and thus the polymerase itself, in the RNAP III system. Thereby, we offer an explanation for the crucial role of Bdp1 for the high transcriptional output of Pol III genes for the first time.
63

Structure of human RNA Polymerase III

Emma Ramsay et al.Jun 29, 2020
ABSTRACT In eukaryotes, RNA Polymerase (Pol) III is the enzyme specialised for the transcription of the entire pool of tRNAs and several other short, essential, untranslated RNAs. Pol III is a critical determinant of cellular growth and lifespan across the eukaryotic kingdom. Upregulation of Pol III transcription is often observed in cancer cells and causative Pol III mutations have been described in patients affected by severe neurodevelopmental disorders and hypersensitivity to viral infection. Harnessing CRISPR-Cas9 genome editing in HeLa cells, we isolated endogenous human Pol III and obtained a cryo-EM reconstruction at 4.0 Å. The structure of human Pol III allowed us to map the reported genetic mutations and rationalise them. Mutations causing neurodevelopmental defects cluster in hotspots that affect the stability and/or biogenesis of Pol III, thereby resulting in loss-of-function of the enzyme. Mutations affecting viral sensing are located in the periphery of the enzyme in proximity to DNA binding regions, suggesting an impairment of Pol III cytosolic viral DNA-sensing activity. Furthermore, integrating x-ray crystallography and SAXS data, we describe the structure of the RPC5 C-terminal extension, which is absent in lower eukaryotes and not visible in our EM map. Surprisingly, experiments in living cells highlight a role for the RPC5 C-terminal extension in the correct assembly and stability of the human Pol III enzyme, thus suggesting an added layer of regulation during the biogenesis of Pol III in higher eukaryotes.
13

Nuclear stabilisation of p53 requires a functional nucleolar surveillance pathway

Katherine Hannan et al.Jan 21, 2021
Abstract The nucleolar surveillance pathway (NSP) monitors nucleolar fidelity and responds to nucleolar stresses (i.e., inactivation of ribosome biogenesis) by mediating the inhibitory binding of ribosomal proteins (RPs) to mouse double minute 2 homolog (MDM2), a nuclear-localised E3 ubiquitin ligase, which results in p53 accumulation. Inappropriate activation of the NSP has been implicated in the pathogenesis of collection of human diseases termed “ribosomopathies”, while drugs that selectively activate the NSP are now in trials for cancer. Despite the clinical significance, the precise molecular mechanism(s) regulating the NSP remain poorly understood. Using genome-wide loss of function screens, we demonstrate the ribosome biogenesis (RiBi) axis as the most potent class of genes whose disruption stabilises p53. Furthermore, we identified a novel suite of genes critical for the NSP, including a novel mammalian protein implicated in 5S ribonucleoprotein particle (5S-RNP) biogenesis, HEATR3. By selectively disabling the NSP, we unexpectedly demonstrate that a functional NSP is required for the ability of all nuclear acting stresses tested, including DNA damage, to robustly induce p53 accumulation. Together, our data demonstrates that the NSP has evolved as the dominant central integrator of stresses that regulate nuclear p53 abundance, thus ensuring RiBi is hardwired to cellular proliferative capacity.
0

Structural basis of archaeal RNA polymerase transcription elongation and Spt4/5 recruitment

Daniela Tarău et al.Jan 5, 2024
Abstract Archaeal transcription is carried out by a multi-subunit RNA polymerase (RNAP) that is highly homologous in structure and function to eukaryotic RNAP II. Among the set of basal transcription factors, only Spt5 is found in all domains of life but Spt5 has been shaped during evolution, which is also reflected in the heterodimerization of Spt5 with Spt4 in Archaea and Eukaryotes. To unravel the mechanistic basis of Spt4/5 function in Archaea, we performed structure-function analyses using the archaeal transcriptional machinery of Pyrococcus furiosus ( Pfu ). We report single-particle cryo-electron microscopy reconstructions of apo RNAP and the archaeal elongation complex (EC) in the absence and presence of Spt4/5. Surprisingly, Pfu Spt4/5 also binds the RNAP in the absence of nucleic acids in a distinct super-contracted conformation. We show that the RNAP clamp/stalk module exhibits conformational flexibility in the apo state of RNAP and that the enzyme contracts upon EC formation or Spt4/5 engagement. We furthermore identified a contact of the Spt5-NGN domain with the DNA duplex that stabilizes the upstream boundary of the transcription bubble and impacts Spt4/5 activity in vitro . This study, therefore, provides the structural basis for Spt4/5 function in archaeal transcription and reveals a potential role beyond the well-described support of elongation.