Роль EIF5A в митохондриальной функции Часть 2

Пожалуйста свяжитесьoscar.xiao@wecistanche.comЧтобы получить больше информации

4. Связи между elF5A и функцией митохондрий.

Уже давно имеются доказательства связи между elF5A, его ферментами переноса и субстратом переноса спермидином и функцией митохондрий, но сумма всех данных по-прежнему дает не совсем ясную, а иногда и противоречивую картину. С одной стороны, в различных отчетах задокументировано, что как дефект, так и избыток elfF5A оказывают вредное воздействие на функцию митохондрий. Например, в клетках сердечной мышцы крыс сверхэкспрессия elF5A, индуцированная противоопухолевым агентом доксорубицином, приводила к постепенному увеличению АФК и увеличению притока Са2 плюс в митохондрии [54]. Эти изменения коррелируют с потерей митохондриального трансмембранного потенциала и индукцией апоптоза, тогда как нарушение экспрессии EIF5A1 снижает апоптоз. Эти результаты хорошо согласуются с результатами, опубликованными Sun et al. (2010) [124], которые были получены в клетках человека, в которых сверхэкспрессия EIF5A1 стимулировалась вирусной инфекцией, а также сверхэкспрессия мутанта EIF5A1, неспособного к переносу через дефис. индуцируют апоптозную гибель клеток по внутреннему митохондриальному пути. Повышение уровня EIF5A1 вызывало потерю потенциала митохондриальной мембраны и приводило к транслокации белка X(Bax), ассоциированного с маркером апоптоза В-клеточной лимфомы 2-, в митохондрии, высвобождению цитохрома с и активации каспазы. Еще одним интересным аспектом этого исследования было то, что протеомный анализ клеток HeLa со сверхэкспрессией eIE5A показал активацию митохондриальных белков [124]. Следовательно, в этих исследованиях нарушение регуляции уровней белка hyp-eIF5A и elF5A без дефиса провоцировало митохондриальную дисфункцию и апоптоз.

Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы узнать больше

В случае дрожжей, как упоминалось выше, ранее было установлено, что изоформа elF5A, кодируемая геном TIF51A S. cerevisiae, необходима для роста в присутствии кислорода, в то время как изоформа, кодируемая геном TIF51B, индуцируется в условиях гипоксии. [1]. Действительно, снижение уровня белка Tif51A вызывает снижение скорости митохондриального дыхания [107]. У делящихся дрожжей Schizosaccharomyces pombe точечная мутация в гене DOHH (кодируемом геном MMD1) вызывает чувствительный к температуре рост и дефекты в митохондриальной морфологии и распределении. При непермиссивной температуре микротрубочки, которые опосредуют позиционирование митохондрий, демонстрируют аберрантную организацию и митохондрии, агрегированные на двух концах клетки [125]. Недавние исследования в контексте различных заболеваний, таких как трансплантация почки, инсульт и малярийная инфекция, выявили положительную связь между активностью eF5A и митохондриями, указывая на ингибирование hyp-eIF5A как на способ защиты клеток в переходных ситуациях низкого уровня. доступности кислорода, которые в противном случае способствуют повреждению митохондрий и гибели клеток. Melis et al. (2017) [126] исследовали возможную связь между дефисированием elF5A и устойчивостью клеток к гипоксии/аноксии. Они показали, что обработка GC7-или РНК-интерференция, опосредованная ингибированием DHPS или DOHH, предотвращала вызванную аноксией гибель клеток почек мышей. Важно отметить, что лечение GC7 индуцировало обратимый метаболический сдвиг в сторону гликолиза, который сопровождался ремоделированием митохондрий и подавлением экспрессии и активности комплексов дыхательной цепи ETC вместе со снижением скорости потребления кислорода митохондриями и ослаблением индуцированной аноксией генерации АФК. Вместе эти данные показывают, что снижение активности hyp-elF5A приводит к молчанию митохондрий. Это было подтверждено в моделях повреждения почек, вызванного ишемией, и трансплантации почки свиньи, которые продемонстрировали благотворное влияние митохондриального молчания посредством ингибирования hyp-eIF5A для предотвращения гибели клеток, вызванной аноксией [126]. Совсем недавно та же группа использовала модель трансплантации свиней, чтобы показать, что ингибирование eF5A при лечении GC7 готовило почки к трансплантации от доноров со смертью мозга, что сопровождалось снижением потребления кислорода [127]. В частности, лечение GC7, по-видимому, сохраняет антиоксидантную защиту за счет увеличения экспрессии белков, защищающих митохондрии (супероксиддисмутазы, гемоксигеназы и других), и митохондриальной целостности/гомеостаза за счет снижения экспрессии белка I, связанного с динамином, и увеличения экспрессии митофузина-2 . Эти защитные эффекты привели к лучшему результату трансплантации [127].доза цистанхеСохранение митохондриальной функции за счет снижения ее активности в условиях гипоксии посредством ингибирования hyp-elF5A было снова продемонстрировано той же группой, работающей с моделью церебральной ишемии у мышей. Потеря потенциала митохондриальной мембраны является отличительной чертой гибели нейронов, связанной с митохондриальной дисфункцией, которая возникает при избыточной продукции АФК, высвобождении Ca² из митохондрий и снижении внутреннего АТФ. Обработка GC7 уменьшала эти три эффекта в нейронах, обработанных деполяризующими агентами, сохраняя потенциал митохондриальной мембраны. In vivo GC7 уменьшал объем инфаркта и постинсультный когнитивный дефицит у мышей [128]. В другом контексте исследования младенцев с малярийной инфекцией показали параллельное возникновение клеточной гипоксии, которая приводит к апоптозу сердечных желудочковых миоцитов. Модель in vitro малярийной инфекции в кардиомиоцитах человека определила, что снижение уровней hyp-elF5A при обработке GC7 приводит к уменьшению высвобождения цитохрома с и лактата из поврежденных митохондрий и снижает провоспалительную и проапоптотическую миокардиальную каспазу{{11 }} Мероприятия. Эти результаты показывают, что введение GC7 в модели, имитирующей малярию, in vitro предотвращает повреждение сердца, вызванное гипоксией [129].

Цистанхе может омолаживать

Все предыдущие исследования на различных моделях и организмах ясно демонстрируют положительную роль hvpusinated eF5A в стимулировании митохондриального дыхания и функции, но также указывают на то, что избыток elF5A, с дефисом или без, нарушает регуляцию функционирования митохондрий. Механизмы, лежащие в основе этого отношения elF5A-митохондрии, только начинают выясняться и обсуждаются в следующих разделах.

5. Полиамины регулируют функцию митохондрий: eIF5A-зависимые и независимые эффекты

Уровни полиаминов в клетках млекопитающих строго контролируются, и давно известно, что полиамины (спермидин, спермин и их предшественник путресцин) выполняют регуляторные функции в митохондриях [130-132]. Истощение полиаминов провоцирует окислительный стресс и индуцирует переход митохондриальной проницаемости, что в конечном итоге приводит клетки к апоптозу или некрозу [133]. Напротив, добавление спермина к деполяризованным митохондриям восстанавливает трансмембранный потенциал [134]. Эффекты полиаминов на митохондрии могут осуществляться через elF5A, учитывая, что одна из основных ролей спермидина заключается в том, что он является субстратом для переноса elF5A [12, 130]. Однако, по-видимому, др. elF5A-независимые роли полиаминов могут непосредственно нацеливаться на функцию митохондрий. Например, было обнаружено, что спермидин способствует инициации рибосомальной трансляции дрожжевой ЦОГ4, одной из субъединиц цитохром с-оксидазы (комплекс IV), в которой дефект нарушает митохондриальное дыхание [135].Преимущества экстракта цистанхеИнициация трансляции мРНК COX4 активируется спермидином посредством шунтирования рибосомы, нетрадиционный способ инициации трансляции, также используемый вирусами и некоторыми эукариотическими мРНК, опосредованный расширенной шпилечной структурой в 5'-нетранслируемой области [136].Цистанче ЧингисханХотя elF5A не был исследован в отношении трансляции ЦОГ4, было задокументировано, что он способствует другим нетрадиционным способам инициации трансляции во время вирусной инфекции [137] и для специфических цитоплазматических мРНК [138, 139]. Глубокое понимание механизма, посредством которого полиамины влияют на митохондриальные Функция позволит различать опосредованные elF5A и независимые эффекты.

6. Эукариотическая субклеточная локализация фактора инициации трансляции 5A и его ассоциация с митохондриями.

Эукариотический фактор инициации трансляции 5А представляет собой очень распространенный белок, который в основном локализован в цитоплазме. Однако были описаны и другие нецитоплазматические локализации, включая митохондрии, хотя количественная и функциональная значимость этой альтернативной субклеточной локализации до сих пор неясна. Как обсуждалось ранее, одна из субклеточных локализаций eF5A находится в мембране ER, где, по-видимому, опосредуется котрансляционная транслокация белков в ER [23,25,26]. Эукариотический фактор инициации трансляции 5А также обнаружен в ядре, куда он может проникать через комплексы ядерных пор благодаря своему небольшому размеру [140]. Ядерные экспортины elF5A обнаружены у млекопитающих (Xpo4) и у дрожжей (Pdr6) [30, 140]. Ядерная локализация elF5A, по-видимому, регулируется его обратимым ацетилированием, модификацией, которая, по-видимому, исключает расстановку переносов (rev. [141]). Таким образом, в настоящее время существует мнение, что немодифицированный eF5A распределяется по всей клетке, тогда как ацетилированный elF5A накапливается в ядре, а hyp-elF5A — в цитоплазме. Предполагается, что перемещение ядра-цитоплазмы elF5A облегчает ядерный экспорт специфических мРНК и белков, хотя эта функция не совсем ясна [141].

Также предполагалось, что ядерный экспорт elF5A опосредуется Xolo/Crm1, хотя более поздние результаты свидетельствуют против Xolo как прямого экспортина elF5A [24,57,142]. Интересно, что ингибирование Xpo1 способствует накоплению белка elF5A в митохондриях клеточной линии рака яичников человека, где он индуцирует апоптоз [143]. Было обнаружено, что elF5A взаимодействует с мРНК-связывающим белком инсулиноподобного фактора роста 2 (IGF2BP1) в цитоплазме, предотвращая накопление elF5A в митохондриях. Paul – ядерный экспортин IGF2BP1; таким образом, ингибирование Xpo1-опосредованного ядерного экспорта IGFBP1 приводит к локализации elF5A в митохондриях. Таким образом, IGF2BP1 действует как регулятор локализации elF5A и проапоптотической функции в митохондриях [143]. В других сообщениях также предполагалось, что elF5A связан с митохондриями. В протеомном исследовании для определения дифференциальной экспрессии митохондриальных белков в метастатической по сравнению с неметастатической клеточной линией карциномы носоглотки elfF5A был одним из наиболее индуцируемых белков из очищенных митохондрий, наряду с белками, участвующими в митохондриальном окислительно-восстановительном метаболизме, респираторном транспорте электронов и митохондриальный мембранный потенциал [144].

При трансляции некоторых вариантов транскриптов мРНК гена EIF5A1 человека использование альтернативного стартового кодона дает изоформу elF5A с удлиненной 30 аминокислотами на N-концевой пептидной последовательности [145]. Эта более длинная изоформа elF5A гораздо менее эффективно транслируется, чем каноническая elF5A, но она также подвержена модификации с помощью дефиса. Расширенная N-концевая последовательность содержит предполагаемый сигнал митохондриальной локализации и, действительно, когда более длинная изоформа elF5A сверхэкспрессируется в клетках HeLa человека, она очищается совместно с митохондриями [145]. Совсем недавно та же группа исследовала роль более длинной изоформы elF5A в митохондриальной функции [146]. Они использовали специфическую siRNA для истощения только более длинной изоформы elF5A, не влияя на каноническую, и наблюдали снижение уровней мРНК нескольких генов, участвующих в биогенезе митохондрий, а также снижение уровней нескольких белков OXPHOS в клетках HeLa. Вопреки результатам истощения канонического elF5A, истощение N-концевой расширенной изоформы elF5A приводило к увеличению потребления кислорода; однако он также продуцировал больше АФК и митохондриальной фрагментации, а также увеличивал экспрессию проапоптотического белка BAK, предполагая, что более длинная изоформа elF5A необходима для митохондриальной динамики и что ее истощение приводит к митохондриальной дисфункции и апоптозу [146]. За исключением увеличения потребления кислорода, другие эффекты истощения более длинной изоформы elF5A повторяют эффекты, обнаруженные при истощении или ингибировании канонической изоформы elF5A млекопитающих, что повышает вероятность того, что используемые стратегии, такие как ингибирование переноса или РНК-интерференция, против канонической последовательности EIF5A1 также может действовать на изоформу longelF5A.продление жизни цистанхеТаким образом, наблюдаемые результаты могут быть следствием отсутствия менее экспрессируемой изоформы. В настоящее время эту возможность нельзя исключать, и для выяснения этого вопроса необходима дальнейшая работа. Из приведенных выше работ можно сделать вывод, что роль elF5A в митохондриях напрямую связана с его ассоциацией с этой органеллой, но это пока неясно.

7. Молекулярная роль эукариотического фактора инициации трансляции 5A в митохондриальной функции

Исследования, рассмотренные в предыдущих разделах, демонстрируют, что elF5A необходим для правильного функционирования митохондрий; однако результаты все еще озадачивают. Здесь мы рассмотрим самые последние работы, в которых предлагаются различные молекулярные механизмы, с помощью которых elF5A может влиять на работу митохондрий.

Результаты, представленные Puleston et al. (2019) [147] раскрывают роль elF5A в митохондриях. Во-первых, авторы показали, что ингибирование hyp-elF5A ограничивает митохондриальный OXPHOS в клетках млекопитающих и что hyp-eF5A необходим для усиления дыхания в условиях ограниченного гликолиза. Кроме того, авторы продемонстрировали в контексте OXPHOS-зависимой активации мышиных макрофагов, что ингибирование hyp-eF5A снижает активность цикла TCA и снижает экспрессию многих митохондриальных белков на белковом уровне, не влияя на уровни мРНК. Эти результаты согласуются с предыдущими результатами, полученными Melis et al. (2017)[126]. Чувствительные к eIF5A митохондриальные белки, идентифицированные Puleston et al. (2019) [147], включают компоненты комплекса ETC, некоторые ферменты TCA (например, сукцинил-КоА-синтетазу и сукцинатдегидрогеназу) и ферменты, питающие TCA (например, пируватдегидрогеназу). Однако другие белки ТСА были менее затронуты (например, цитратсинтаза и изоцитратдегидрогеназа), а ферменты гликолиза не были затронуты, что указывает на специфичность эффекта. Авторы исследовали возможность того, что трансляция специфических сигналов митохондриального нацеливания (MTS) зависит от hyp-elF5A. Они показали, что масса некоторых hyp-eIF5A-чувствительных белков была достаточной для придания hyp-eF5A-зависимой эффективности трансляции при слиянии с репортерными белками. Puleston et al. (2019) [147] пришли к выводу, что hyp-eIF5A регулирует митохондриальное дыхание, по крайней мере частично, путем содействия трансляции MTS некоторых митохондриальных белков, что является важным шагом при увеличении потребности в OXPHO, например, во время макрофагов. действие. Хотя последовательности MTS содержат участки повторяющихся аминокислот и богаты заряженными аминокислотами, которые могут замедлять трансляцию. Авторы заявляют, что неясно, как hyp-elF5A влияет на эффективность трансляции одних из этих MTS, но не других. со схожими глобальными характеристиками.

Новые исследования защитной роли ингибирования elF5A во время ишемии почек подробно описали метаболический переход от аэробного окислительного фосфорилирования к анаэробному гликолизу при лечении GC7 и показали, что это лечение регулирует экспрессию переносчиков глюкозы [148]. В проксимальных почечных клетках при ингибировании переноса elF5A потребление кислорода снижалось, но увеличивалось потребление глюкозы и отток лактата, а также зависимость от импорта глюкозы и гликолиза, демонстрируя метаболический сдвиг в сторону исключительно анаэробного гликолиза. Во время ингибирования GC7 in vitro и in vivo отток глюкозы из проксимальных клеток почек нарушался за счет подавления облегченного переносчика глюкозы GLUT1, тем самым увеличивая доступность глюкозы в проксимальных клетках. Эти результаты объясняют выживание клеток почек в условиях гипоксии, при этом энергетические потребности удовлетворяются за счет перехода к анаэробному гликолизу. Однако молекулярные причины этого метаболического изменения неясны, учитывая, что GLUT1 не содержит предполагаемых elF5A-зависимых пептидных мотивов. Также неизвестно, является ли повышение уровня внутриклеточной глюкозы в результате ингибирования GLUT1 причиной или следствием этого GC 7-опосредованного метаболического изменения [148].

Другое недавнее исследование установило молекулярную связь между eIF5A и процессом слияния митохондрий [149]. Его авторы исследовали роль сердечно-сосудистого ремоделирующего транскрипционного фактора Krüppel-подобного фактора 5 (Klf5) в старении сосудов и обнаружили, что Klf5 напрямую связывается с промотором EIF5A и активирует его транскрипцию для сохранения целостности митохондрий. Модуляция elF5A с помощью Klf5 одновременно модулирует содержание АТФ, продукцию АФК и митохондриальную динамику. Важно отметить, что elF5A физически взаимодействует с mitofusin 1 (Mnf1), трансмембранным белком внешней митохондриальной мембраны, который является ключевым регулятором слияния и целостности митохондрий. Эукариотические факторы инициации трансляции 5A и Mnf1 совместно локализуются в митохондриях и способствуют образованию сетей слитых митохондрий. Напротив, подавление elF5A при дефиците Klf5 или во время старения сосудов приводило к делению митохондрий и приводило к сосудистым заболеваниям [149]. Хотя точные механизмы, с помощью которых митохондриальная целостность поддерживается за счет взаимодействия elF5A с Mnf1, еще предстоит выяснить, известно, что сбалансированное слияние и деление митохондрий координирует не только форму, размер и количество митохондрий, но и энергетический метаболизм, клеточный цикл. , митофагия и апоптоз [150].

Как упоминалось в предыдущих разделах, хорошо известно, что функция митохондрий ухудшается с возрастом [83]. В последние несколько лет использовались различные модели in vitro и in vivo, чтобы показать тесную связь между приемом спермидина и продлением жизни модельных организмов и замедлением старения у модельных организмов и людей. Эта связь была недавно исследована, и эффекты спермидина при старении в основном опосредованы индуцированным спермидином переносом elF5A, который сохраняет митохондриальную функцию.

Давно задокументировано снижение содержания полиаминов в культурах клеток млекопитающих и органах человека при старении [151, 152]. В 2009 г. работа Eisenberg et al. (2009) [153] показали, что экзогенное добавление спермидина увеличивает продолжительность жизни клеток дрожжей, мух, червей и человека. Спермидин также уменьшал возрастной окислительный стресс у мышей. Напротив, истощение полиаминов уменьшало продолжительность жизни дрожжей и увеличивало продукцию АФК и некроз. Авторы наблюдали корреляцию между продолжительностью жизни, вызванной спермидином, и гипоацетилированием гистона H3, что приводило к активации генов аутофагии ATG7, ATG11 и ATG15 и способствовало аутофагии во всех протестированных модельных организмах, что, как было показано, имеет решающее значение для полиаминов. -увеличение продолжительности жизни [153].

О благотворном влиянии добавок спермидина на старение также сообщалось в разных организмах в связи с различными возрастными аспектами, связанными со стимулированием аутофагии [154, 155], но также и независимо [156. Было доказано, что спермидин улучшает сердечно-сосудистое старение, улучшает память и снижает смертность от рака, среди других полезных эффектов [157].цистанче россияОпосредование эффектов спермидина посредством индуцированного переноса elF5A недавно было показано в исследованиях В-клеточного иммунитета у пожилых людей. Стимулируемое спермидином перенос elF5A восстанавливало В-клеточный иммунитет у старых мышей за счет стимуляции аутофагии [43]. Hyp-elF5A поддерживал аутофагию за счет трансляции фактора транскрипции аутофагии TFEB, который содержит полипролиновые мотивы в своей аминокислотной последовательности. В процессе старения происходит снижение уровня TFEB вместе с уровнями hyp-eF5A и спермидина, что приводит к сбоям в работе иммунной системы [43]. Интересно, что протеомный анализ, проведенный в этом исследовании с первичными B-клетками, обработанными GC7, показал сниженную экспрессию TFEB, но не экспрессию ранее показанной мишени ATG3 elF5A аутофагии млекопитающих и Caenorhabditis elegans [42], что свидетельствует о влиянии клеточного контекста. Как ATG3, так и TFEB содержат полипролиновые мотивы, восприимчивые к зависимости от elF5A, и обеспечивают механистическую связь между hyp-elF5A и аутофагией, хотя присутствие только полипролиновых мотивов в белковой последовательности не во всех случаях кажется достаточным для того, чтобы вызвать снижение уровня белка за счет ингибирования hyp-elF5A. eIF5A [43,158].

В совсем недавних исследованиях изучались механистические связи между положительным эффектом спермидина на уменьшение возрастных симптомов и ролью hyp-elF5A в поддержании функциональных возможностей митохондрий. Schroeder et al. (2021)[159] изучали старых мышей и обнаружили, что поступающий с пищей спермидин преодолевает гематоэнцефалический барьер, увеличивая перенос elF5A в гиппокампе. Старые мыши, которых кормили спермидином, показали улучшение в нескольких когнитивных тестах. Авторы также показали более высокое митохондриальное дыхание в мозге мышей и мух, хотя результаты у мышей зависели от пола и возраста. Ранее предполагалось, что аутофагия имеет решающее значение для контроля качества митохондрий при старении и нейродегенерации [160]. Соответственно, у дрозофилы подавление основного гена аутофагии Atg7, связанной с митофагией PTEN-индуцированной предполагаемой киназы (Pink1) и гомолога убиквитинлигазы E3 человека Parkin (Park) устраняло опосредованное спермидином улучшение дыхания [159]. . Эти результаты согласуются с результатами [161] у C.elegans, где ингибирование нейродегенерации и старения спермидином зависело от PINK1 и ортолога PDR1 червей Parkin, которые опосредуют митофагию.

Благотворное влияние спермидина на здоровье митохондрий и мозга может быть опосредовано эффектором eIF5A [159, 162]. Стареющая дрозофила при добавлении спермидина содержала более высокие уровни белков, участвующих в OXPHOS, но не более высокие уровни соответствующей мРНК, и это коррелировало с более высоким максимальным дыханием и количеством митохондрий в мозге. В старом мозге дрозофилы уровни спермидина и hyp-elF5A снижались, и оба они могли повышаться добавлением полиаминов до среднего возраста, хотя и не в очень старом мозге дрозофилы. Различные генетические подходы к частичному уменьшению расстановки переносов elF5A в мозге мух привели к снижению митохондриального дыхания, а количественный протеомный анализ показал подавление митохондриальных белков, особенно белков OXPHOS. Интересно, что большинство положительных эффектов на функцию митохондрий, вызванных приемом спермидина, были устранены за счет снижения уровня hyp-eF5A в мозге мух. Liang et al. (2021) 162] также исследовали, является ли перенос elF5A причиной ранее упомянутого увеличения продолжительности жизни, полученного у мух, мышей и других организмов при добавлении спермидина [153, 163, 164]. Они заметили, что продление жизни было отменено у мух с дефицитом дефисов [162]. Наконец, спермидин ослаблял снижение двигательной функции и функций памяти у старых мух, в то время как ослабление расстановки переносов elF5A усиливало эти вредные для старения эффекты, и, что важно, положительное влияние спермидина на передвижение и память в основном терялось у животных с ослабленным гипузином elF5A. . Эти последние результаты согласуются с другим недавним исследованием, в котором снижение активности дезоксигипузинсинтазы было связано с нарушением развития нервной системы у людей [165]. Хотя результаты, опубликованные Liang et al. (2021)[162], подтвердили молекулярную связь между благотворным влиянием спермидина на производительность стареющих митохондрий и функции мозга с дефисом elF5A, Schroeder et al. (2021)[159] указали на роль hyp-elF5A в поддержании контроля качества митохондрий с помощью аутофагии/митофагии, механистические молекулярные детали все еще отсутствуют, и не совсем понятно, как аутофагия/митофагия напрямую влияет на производительность митохондрий.

8. Перспективы идентификации митохондриальных процессов и мишеней под контролем eIF5A

Основная молекулярная роль, приписываемая elF5A, заключается в облегчении трансляции специфических подмножеств белков, содержащих elF5A-зависимые мотивы [10,11]. Однако были предложены другие менее охарактеризованные молекулярные роли, связанные со способностью elF5A связывать РНК и регулировать их метаболизм. Из приведенных выше результатов становится ясно, что надлежащие уровни hyp-elF5A необходимы для сохранения OXPHOS и функции митохондрий. Описанные выше исследования позволили предположить, что elF5A может участвовать в трансляции специфических митохондриальных белков, содержащих elF5A-зависимые MTS, в регуляции потока метаболитов в митохондрии для поддержания аэробного метаболизма посредством регуляции переносчиков глюкозы, в поддержании митохондриальной динамики посредством взаимодействия с белками, участвующими в слиянии митохондрий (Mnf1), в стимулировании аутофагии за счет облегчения синтеза ATG3 и TFEB или, в частности, в митофагии посредством механизма, который зависит от белков PINK1 и Park. Чтобы различить и доказать эти роли, необходимо будет идентифицировать специфический молекулярный процесс и/или специфические белковые мишени и условия, находящиеся под непосредственным контролем elF5A.

В попытке идентифицировать митохондриальные белки-кандидаты для прямой elF5A-зависимой трансляции мы искали пептидные мотивы, вызывающие elF5A-зависимую остановку рибосомы [11] в митохондриальном протеоме S. cerevisiae. Мы обнаружили, что содержание мотива elF5A в 1117 митохондриальных белках, кодируемых ядром, лишь немного выше, чем во всех белках дрожжей, но эти мотивы едва представлены в 10 белках, кодируемых митохондриальной ДНК (рис. 2). Белки, участвующие в цикле ТСА, имеют в среднем 3,3 мотива/белок, что выше, чем в среднем для общего протеома дрожжей (2,8 мотива/белок), и намного выше, чем в белках OXPHOS (1,8 мотива/белок). Однако наиболее представленные eIF5A-зависимые мотивы были одинаковыми (GGA, GGG и KPG) в белках TCA и OXPHOS, и только с двумя мотивами PPP: один в ферменте сукцинил-КоА-лигаза (Lsc1)TCA, а другой в субъединице сукцинатдегидрогеназы (Sdh4), участвующей в цикле трикарбоновых кислот и OXPHOS.

Рисунок 2. Распределение elF5A-зависимых мотивов в митохондриальных белках Saccharomyces cerevisiae. Распределение 43 elF5A-зависимых рибосомопаузирующих трипептидных мотивов с наивысшим баллом [1l] в белках всего генома дрожжей (а), ядерных митохондриальных белках (б), митохондриальных кодируемых белках (в), цикл трикарбоновой кислоты (TCA) (d), окислительное фосфорилирование (OXPHOS) (e) и в функциональной категории митохондриальной организации Gene Ontology (f). В таблице показаны белки, участвующие в митохондриальной организации по крайней мере с одним мотивом PPP. Индекс белковой паузы (PPI) рассчитывается как сумма количественного значения рибосомной паузы, вызванной истощением elF5A в каждом из 43 высших elF5A-зависимых трипептидных мотивов [11], обнаруженных в аминокислотной последовательности каждого белка. и выше у белков, трансляция которых предположительно больше зависит от elF5A. Поиск дрожжевых митохондриальных белков с более длинными полипролиновыми мотивами показал, что Ytal2, Srv2 и Tim50 содержат участки до девяти, шести и семи последовательных пролинов соответственно (рис. 2). Yta12 (гомологичный человеческому AFG3L2) является частью консервативной митохондриальной протеазы m-AAA, которая состоит из белков Afg3 и Yta12 и расположена на внутренней митохондриальной мембране (рис. 3). Ytal2/Afg3 регулирует митохондриальный протеостаз, опосредуя созревание белка. и деградации и необходим для правильной сборки митохондриальных ферментных комплексов [166]. Интересно, что комплекс Ytal2/Afg3 также участвует в сплайсинге митохондриальных мРНК, содержащих интроны COXT и COB, которые кодируют субъединицу 1 цитохромоксидазы и цитохрома b соответственно, входящие в состав ЭТЦ. Таким образом, дефицит Yta12/Yta10 вызывает слабое дыхание из-за, среди прочего, недостаточной сборки ETC [167]. Srv2 (гомолог человеческих CAP1 и CAP2) опосредует сборку актина в митохондриях, а делеция Srv2 вызывает удлинение гиперслитых митохондрий и снижение дыхания. Интересно, что Srv2 взаимодействует с GTPase деления митохондрий Dnm1/DRP1 [168]. Наконец, Tim50 (гомолог человеческого TIMM50) является важной субъединицей комплекса TIM23 внутренней мембраны митохондрий, который опосредует импорт большинства митохондриальных белков посредством узнавания их MTS (рис. 3) [169]. Хотя эти три белка являются заманчивыми кандидатами на опосредование эффектов elF5A на митохондриальную функцию, присутствие полипролиновых отрезков не является достаточным требованием для создания зависимости от elF5A [43,158]. Будущие исследования определят точные механистические связи между elF5A и уже описанными митохондриальными белками, чувствительными к hyp-eIF5A, и выявят новые митохондриальные белки-мишени и процессы, находящиеся под контролем elF5A (рис. 3).

Рисунок 3. Клеточные функции elF5A и модель его роли в поддержании митохондриальной активности. Известно, что elF5A участвует в различных клеточных процессах, хотя наиболее важные и связанные с митохондриями из них представлены на рисунке. Связанный с рибосомами, hyp-elF5A способствует удлинению трансляции в определенных мотивах [10,11], а также трансляции, связанной с ER [23,25,26]. В ядре eIF5A помогает экспортировать определенные мРНК и белки [141]. eIF5A играет противоречивую роль в апоптозе, так как было определено, что он необходим для индукции митохондриально-опосредованного апоптоза [124, 146], но также может привести к гибели клеток. при ингибировании [133]. Hyp-elF5A способствует аутофагии посредством трансляции факторов аутофагии ATG3 (связанный с аутофагией 3) и TFEB (транскрипционный фактор EB) [42A43]. Все больше данных указывают на прямую связь между hyp-elF5A и функцией митохондрий. В дополнение к его связи с митохондриями [143-146] было описано, что некоторые белки обоих TCA прямо или косвенно затрагиваются ингибированием hyp-elF5A [126,147]. Также было высказано предположение, что hyp-eF5A может опосредовать митофагию через белки ATG7 (Autophagy Related 7), Pink1 (ассоциированная с митофагией предполагаемая киназа, индуцированная PTEN) и Park (убиквитинлигаза E3 Parkin) [170]. Др. белки, участвующие в митохондриальном транспорте ядерно-кодируемых белков и митохондриальной организации, считаются предполагаемыми мишенями elF5A (Рис. 2). Среди них митохондриальные интегральные белки внутренней мембраны Yta12 (протеаза комплекса Yta12/Afg3 и дрожжевой гомолог человеческого AFG3L2) и Tim50 (незаменимая субъединица комплекса TIM23 и дрожжевой гомолог человеческого TIMM50) содержат длинные полипролиновые участки в своих аминогруппах. кислот, предполагая возможную зависимость их трансляции от elF5A и, таким образом, возможную связь между hyp-elF5A и функцией митохондрий. Обработку рисунка проводили с помощью программы BioRender.

Вклад автора:Концептуализация, МБ-А.и П.А.; написание - первоначальная черновая подготовка, МБ-А.и П.А.; написание - обзор и редактирование, MB-A.and PA; финансирование приобретения, PAAll авторы прочитали и согласились с опубликованной версией рукописи.

Финансирование:Это исследование финансировалось Generalitat Valenciana (AICO/2020/086) и Министерством науки и инноваций Испании (PID2020-120066RB-I00) для PAMB-A. является получателем преддокторской стипендии (FPU2017/03542) от Министерства науки, инноваций и университетов Испании.

Благодарности:Авторы признают поддержку со стороны всех членов лаборатории GFL.

Конфликт интересов:Авторы объявили, что нет никаких конфликтов интересов. Спонсоры не участвовали в разработке исследования; в написании рукописи или в решении опубликовать результаты.

Эта статья взята из Int. Дж. Мол. науч. 2022, 23, 1284. https://doi.org/10.3390/ijms23031284 https://www.mdpi.com/journal/ijms