Az EIF5A szerepe a mitokondriális funkcióban 2. rész

Kérlek keress feloscar.xiao@wecistanche.comtovábbi információért

4. Kapcsolatok az elF5A és a mitokondriális funkció között

Az elF5A, annak elválasztási enzimei, valamint a spermidin elválasztási szubsztrát, valamint a mitokondriális funkció közötti összefüggésekre már régóta vannak bizonyítékok, de az adatok összesítése még mindig nem teljesen egyértelmű, és néha ellentmondásosnak tűnő képet ad. Egyrészt különböző jelentések dokumentálták, hogy az elfF5A hibája és feleslege egyaránt káros hatással van a mitokondriális működésre. Például patkány szívizomsejtekben a doxorubicin daganatellenes szer által kiváltott elF5A túlzott expressziója a ROS fokozatos növekedését és a mitokondriumok Ca2 plusz beáramlásának növekedését eredményezte [54]. Ezek a változások a mitokondriális transzmembrán potenciál elvesztésével és az apoptózis indukciójával korreláltak, míg az EIF5A1 expresszió megzavarása csökkentette az apoptózist. Ezek az eredmények jó egyezést mutattak a Sun és munkatársai (2010)[124] által közölt eredményekkel, amelyeket olyan emberi sejtekben kaptak, amelyekben az EIF5A1 túlzott expresszióját vírusfertőzés stimulálta, valamint egy kötőjellel elválaszthatatlan EIF5A1 mutáns túlzott expresszióját is. apoptotikus sejthalált indukált a belső mitokondriális útvonalon keresztül. Az EIF5A1-szint emelkedése a mitokondriális membránpotenciál elvesztését okozta, és az apoptotikus marker B-sejtes limfómához 2-kapcsolódó X(Bax)protein transzlokációját, a citokróm c felszabadulását és a kaszpáz aktiválódását eredményezte. A tanulmány további érdekessége az volt, hogy az eIE5A túlzott expresszióját mutató HeLa sejtek proteomikai analízise a mitokondriális fehérjék fokozódását mutatta ki [124]. Ezért ezekben a vizsgálatokban a hyp-eIF5A és a nem kötőjeles elF5A fehérjeszintek szabályozási zavara mitokondriális diszfunkciót és apoptózist váltott ki.

További információért kattintson ide

Az élesztő esetében a fent említettek szerint korán felismerték, hogy az S. cerevisiae TIF51A génje által kódolt elF5A izoforma szükséges az oxigén jelenlétében történő növekedéshez, míg a TIF51B gén által kódolt izoforma hipoxiás körülmények között indukálódik. [1]. Valójában a Tif51A fehérje csökkenése a mitokondriális légzési sebesség csökkenését okozza [107]. A Schizosaccharomyces pombe hasadó élesztőben a DOHH génben (az MMD1 gén által kódolt) pontmutáció hőmérséklet-érzékeny növekedést és hibákat okoz a mitokondriális morfológiában és eloszlásban. Nem megengedő hőmérsékleten a mitokondriális pozicionálást közvetítő mikrotubulusok rendellenes szerveződést és mitokondriumokat aggregálnak a sejt két végén [125]. A különböző betegségek összefüggéseiben, például vesetranszplantációval, stroke-kal és maláriafertőzéssel kapcsolatos közelmúltbeli tanulmányok rávilágítottak az eF5A és a mitokondriumok aktivitása közötti pozitív kapcsolatra, rámutatva a hyp-eIF5A gátlására, mint a sejtek védelmére olyan átmeneti helyzetekben. oxigén rendelkezésre állása, amelyek egyébként hozzájárulnak a mitokondriális károsodáshoz és a sejthalálhoz. Melis és munkatársai (2017)[126] az elF5A elválasztása és a celluláris hipoxiával/anoxiával szembeni rezisztencia közötti lehetséges kapcsolatot vizsgálták. Kimutatták, hogy a GC7-vagy RNS-interferencia által közvetített DHPS vagy DOHH gátlással végzett kezelés megakadályozta az anoxia által kiváltott sejthalált egér vesesejtekben. Fontos, hogy a GC7 kezelés reverzibilis metabolikus eltolódást indukált a glikolízis irányába, amit mitokondriális átalakulás és az ETC légzési lánc komplexek expressziójának és aktivitásának csökkentése, valamint a mitokondriális oxigénfogyasztás csökkenése és az anoxia által kiváltott ROS képződésének gyengülése kísért. Ezek az adatok együttesen azt mutatják, hogy a csökkent hyp-elF5A aktivitás mitokondriális elnémításhoz vezet. Ezt igazolták patkány ischaemia által kiváltott vesekárosodás és sertés vesetranszplantációs modellek, amelyek a mitokondriális elnémítás jótékony hatásait mutatták be a hyp-eIF5A gátláson keresztül az anoxia által kiváltott sejthalál megelőzésére [126]. A közelmúltban ugyanez a csoport sertéstranszplantációs modellt használt annak kimutatására, hogy a GC7-kezelés által kiváltott eF5A gátlás agyhalálban szenvedő donorok veséit előkészítette az átültetésre, amihez csökkent oxigénfelvétel társult.]127I. Úgy tűnik, hogy a GC7-kezelés megőrzi az antioxidáns védelmet azáltal, hogy növeli a mitokondriumokat védő fehérjék (szuperoxid-diszmutáz, hem-oxigenáz és mások) expresszióját, valamint a mitokondriális integritást/homeosztázist a dinaminhoz kapcsolódó protein I-expresszió csökkentésével és a mitofuzin-2 expressziójának növelésével. . Ezek a védőhatások jobb transzplantációs eredményt eredményeztek [127].cistanche adagolás redditA mitokondriális funkció megőrzését azáltal, hogy csökkenti annak aktivitását hipoxiás körülmények között, a hyp-elF5A gátlás révén, ugyanez a csoport ismételten kimutatta egér agyi ischaemia modellel. A mitokondriális membránpotenciál elvesztése a mitokondriális diszfunkcióhoz kapcsolódó neuronális sejthalál egyik jellemzője, amely túlzott ROS-termeléssel, a mitokondriumokból történő Ca²-felszabadulással és a belső ATP csökkenésével jár. A GC7 kezelés csökkentette ezt a három hatást a depolarizációs szerekkel kezelt neuronokban, megőrizve a mitokondriális membránpotenciált. In vivo a GC7 csökkentette az infarktus mennyiségét és a stroke utáni kognitív zavarokat egerekben [128]. Más összefüggésben a maláriafertőzött csecsemőkön végzett vizsgálatok kimutatták a celluláris hipoxia párhuzamos előfordulását, amely a szívkamrai myociták apoptózisát eredményezi. A humán szívizomsejtek maláriafertőzésének in vitro modellje megállapította, hogy a hyp-elF5A szintjének GC7-kezeléssel történő csökkentése a citokróm c és a laktát károsodott mitokondriumokból történő felszabadulásának csökkenéséhez vezet, valamint csökkenti a gyulladást előidéző ​​és pro-apoptotikus szívizom kaszpázt{11 }} tevékenység. Ezek az eredmények azt mutatják, hogy a GC7 beadása maláriát szimuláló in vitro modellben megakadályozza a hipoxia okozta szívkárosodást [129].

A Cistanche öregedésgátló hatású

A különböző modelleken és organizmusokon végzett korábbi tanulmányok egyértelműen igazolják a hvpusinált eF5A pozitív szerepét a mitokondriális légzés és működés elősegítésében, de azt is jelzik, hogy az elF5A feleslege, akár kötőjellel, akár nem, deregulálja a mitokondriális működést. Az elF5A-mitokondrium kapcsolat mögött meghúzódó mechanizmusok még csak most kezdődnek, és a következő szakaszokban tárgyaljuk őket.

5. A poliaminok szabályozzák a mitokondriális funkciót: eIF5A-függő és független hatások

Az emlőssejtek poliaminszintjét szigorúan szabályozzák, és régóta ismert, hogy a poliaminok (spermidin, spermin és prekurzoruk, a putreszcin) szabályozó funkciókat látnak el a mitokondriumokban [130-132]. A poliaminok kimerülése oxidatív stresszt vált ki, és indukálja a mitokondriális permeabilitás-átmenetet, amely végül a sejteket apoptózishoz vagy nekrózishoz vezeti [133]. Ezzel szemben spermin hozzáadása a depolarizált mitokondriumokhoz helyreállítja a transzmembrán potenciált [134]. A mitokondriumokra kifejtett poliaminhatások az elF5A-n keresztül valósulhatnak meg, mivel a spermidin egyik fő szerepe az elF5A elválasztásának szubsztrátja [12,130]. Úgy tűnik azonban, hogy más elF5A-független poliamin szerepek közvetlenül is célozhatják a mitokondriális funkciót. Például azt találták, hogy a spermidin elősegíti az élesztő COX4 riboszómális transzlációjának iniciációját, amely a citokróm c oxidáz (IV. komplexum) egyik alegysége, amelyben egy hiba veszélyezteti a mitokondriális légzést [135].cisztanche kivonat előnyeiA COX4 mRNS transzláció beindítását a spermidin szabályozza a riboszóma söntelés révén, amely egy nem szokványos transzlációs iniciációs mód, amelyet a vírusok is használnak, valamint néhány eukarióta mRNS, amelyet egy kiterjesztett hajtűszerkezet közvetít az 5′ nem transzlált régióban [136].Cisztancse Dzsingisz kánBár az elF5A-t nem vizsgálták a COX4 transzlációjával kapcsolatban, dokumentálták, hogy elősegíti a transzláció megindításának egyéb nem szokványos módjait a vírusfertőzés során [137] és specifikus citoplazmatikus mRNS-eket [138, 139]. Annak a mechanizmusnak a mélyreható megértése, amelyen keresztül a poliaminok befolyásolják a mitokondriális sejteket. funkció lehetővé teszi az elF5A által közvetített és a független hatások megkülönböztetését.

6. Az eukarióta transzlációs iniciációs faktor 5A szubcelluláris lokalizációja és asszociációja a mitokondriumokkal

Az eukarióta transzlációs iniciációs faktor 5A egy nagyon bőséges fehérje, amely többnyire a citoplazmában lokalizálódik. Azonban más nem citoplazmatikus lokalizációkat is leírtak, beleértve a mitokondriumokat, bár ennek az alternatív szubcelluláris lokalizációnak a mennyiségi és funkcionális jelentősége még mindig nem világos. Amint azt korábban tárgyaltuk, az eF5A egyik szubcelluláris lokalizációja az ER membránban, ahol úgy tűnik, hogy közvetíti a fehérjék kotranszlációs transzlokációját az ER-be [23,25.26]. Az 5A eukarióta transzlációs iniciációs faktort is kimutatták a sejtmagban, amelybe kis méretének köszönhetően a nukleáris póruskomplexeken keresztül bejuthat [140]. Az elF5A nukleáris exportinjeit emlősökben (Xpo4) és élesztőben (Pdr6) találták [30,140]. Úgy tűnik, hogy az elF5A nukleáris lokalizációját reverzibilis acetilációja szabályozza, amely módosulás kizárja az elválasztást (lásd [141]). Így a jelenlegi konszenzus az, hogy a módosítatlan eF5A a sejtben eloszlik, míg az acetilezett elF5A a sejtmagban, a hyp-elF5A pedig a citoplazmában halmozódik fel. Feltételezték, hogy az elF5A sejtmag-citoplazma transzportja elősegíti a specifikus mRNS-ek és fehérjék nukleáris exportját, bár ez a funkció nem teljesen ismert [141].

Azt is javasolták, hogy az elF5A nukleáris exportját a Xolo/Crm1 közvetíti, bár a későbbi eredmények a Xolo közvetlen elF5A exportja ellen szólnak [24,57,142]. Érdekes módon az Xpo1 gátlása elősegíti az elF5A fehérje felhalmozódását a mitokondriumokban egy humán petefészekrák sejtvonalban, ahol apoptózist indukál [143]. Felfedezték, hogy az elF5A kölcsönhatásba lép az inzulinszerű növekedési faktor 2 mRNS-kötő fehérjével (IGF2BP1) a citoplazmában, megakadályozva az elF5A felhalmozódását a mitokondriumokban. Paul az IGF2BP1 nukleáris exportinje; így az IGFBP1 Xpo1-közvetített nukleáris exportjának gátlása az elF5A lokalizációját eredményezi a mitokondriumban. Az IGF2BP1 tehát az elF5A lokalizációjának és pro-apoptotikus funkciójának szabályozójaként működik a mitokondriumokban [143]. Más jelentések azt is javasolták, hogy az elF5A a mitokondriumokhoz kapcsolódik. Egy proteomikai vizsgálatban a differenciálisan expresszálódó mitokondriális fehérjék meghatározására egy áttétesben a nem metasztatikus orrgarat karcinóma sejtvonalhoz képest az elfF5A volt az egyik leginkább indukált fehérje tisztított mitokondriumokból, a mitokondriális redox anyagcserében, a légúti elektrontranszportban és a légúti elektrontranszportban részt vevő fehérjékkel együtt. mitokondriális membránpotenciál [144].

Az EIF5A1 humán gén egyes mRNS-transzkriptum-változatainak transzlációja során egy alternatív startkodon alkalmazása egy elF5A izoformát eredményez, amelynek N-terminális peptidszekvenciája 30 aminosavból áll [145]. Ez a hosszabb elF5A izoforma sokkal kevésbé hatékonyan fordítható le, mint a kanonikus elF5A, de hajlamos az elválasztással történő módosításra is. A kiterjesztett N-terminális szekvencia feltételezett mitokondriális lokalizációs szignált tartalmaz, és valóban, amikor a hosszabb elF5A izoforma túlzottan expresszálódott humán HeLa sejtekben, a mitokondriumokkal együtt tisztították [145]. A közelmúltban ugyanez a csoport a hosszabb elF5A izoforma szerepét vizsgálta a mitokondriális működésben [146]. Specifikus siRNS-t használtak arra, hogy csak a hosszabb elF5A izoformát lebontsák anélkül, hogy a kanonikust befolyásolták volna, és megfigyelték a mitokondriumok biogenezisében részt vevő számos gén mRNS szintjének csökkenését, valamint számos OXPHOS fehérje szintjének csökkenését a HeLa sejtekben. A kanonikus elF5A kimerülésének eredményeivel ellentétben az N-terminális kiterjesztett elF5A izoforma kimerülése az oxigénfogyasztás növekedéséhez vezetett; ugyanakkor több ROS-t és mitokondriális fragmentációt is produkált, valamint növelte a BAK pro-apoptotikus fehérje expresszióját, ami arra utal, hogy a hosszabb elF5A izoforma szükséges a mitokondriális dinamikához, és annak kimerülése mitokondriális diszfunkcióhoz és apoptózishoz vezet [146]. Az oxigénfogyasztás növekedésétől eltekintve a hosszabb elF5A izoforma kimerítésének egyéb hatásai összefoglalják azokat, amelyeket a kanonikus emlős elF5A izoformájának kimerülése vagy gátlása során tapasztaltak, felveti annak lehetőségét, hogy az alkalmazott stratégiák, például az elválasztás gátlása vagy az RNS interferencia a kanonikus EIF5A1 szekvenciával szemben. a longelF5A izoformára is hathat.ciszterna élettartam meghosszabbításaÍgy a megfigyelt eredmények a kevésbé kifejezett izoforma hiányának a következményei. Ez a lehetőség jelenleg nem zárható ki, és további munkára van szükség ennek a pontnak a tisztázása érdekében. A fent idézett munkákból arra lehet következtetni, hogy az elF5A szerepe a mitokondriumokban közvetlenül összefügg azzal a szervvel, de ez még bizonytalan.

7. Az eukarióta transzlációs iniciációs faktor 5A molekuláris szerepe a mitokondriális működésben

Az előző szakaszokban áttekintett vizsgálatok azt mutatják, hogy az elF5A szükséges a helyes mitokondriális működéshez; az eredmények azonban továbbra is elgondolkodtatóak. Itt áttekintjük a legújabb munkákat, amelyek különböző molekuláris mechanizmusokat javasolnak, amelyeken keresztül az elF5A befolyásolhatja a mitokondriális teljesítményt.

A Puleston és mtsai. (2019) [147] feltárják az elF5A szerepét a mitokondriumokban. Először is, a szerzők kimutatták, hogy a hyp-elF5A gátlása korlátozza a mitokondriális OXPHOS-t emlőssejtekben, és hogy a hyp-eF5A szükséges a légzés fokozásához korlátozott glikolízis körülményei között. Ezenkívül a szerzők egy OXPHOS-függő egér makrofág aktiválási összefüggésben kimutatták, hogy a hyp-eF5A gátlása csökkentette a TCA ciklus aktivitását és számos mitokondriális fehérje expresszióját csökkentette fehérje szinten anélkül, hogy befolyásolta volna az mRNS szintet. Ezek az eredmények összhangban vannak Melis és munkatársai által közölt korábbi eredményekkel. (2017)[126]. A Puleston és munkatársai (2019)[147] által azonosított eIF5A-érzékeny mitokondriális fehérjék ETC komplex komponenseket, néhány TCA enzimet (pl. szukcinil-CoA szintetáz és szukcinát-dehidrogenáz) és TCA-tápoló enzimeket (pl. piruvát-dehidrogenáz) tartalmaztak. Más TCA fehérjék azonban kevésbé voltak érintettek (pl. citrát-szintáz és izocitrát-dehidrogenáz), és a glikolízis enzimek nem voltak érintettek, ami a hatás specifitását jelzi. A szerzők megvizsgálták annak lehetőségét, hogy a specifikus mitokondriális célzási jelek (MTS-ek) transzlációja függ a hyp-elF5A-tól. Kimutatták, hogy néhány hyp-eIF5A-érzékeny fehérje tömege elegendő volt a hyp-eF5A-függő transzlációs hatékonyság biztosításához, ha riporterfehérjékhez fuzionáltatják. Puleston és munkatársai (2019)[147] arra a következtetésre jutottak, hogy a hyp-eIF5A legalább részben szabályozza a mitokondriális légzést azáltal, hogy elősegíti egyes mitokondriális fehérjék MTS-einek transzlációját, ami elengedhetetlen lépés az OXPHO-k iránti igény növekedése esetén, például a makrofágok során. tevékenység. Bár az MTS szekvenciák ismétlődő aminosavak szakaszait tartalmazzák, és gazdagok olyan töltött aminosavakban, amelyek lassíthatják a transzlációt. Nem világos, ahogy a szerzők állítják, hogy a hyp-elF5A hogyan befolyásolja egyes MTS-ek transzlációs hatékonyságát, de másokét nem. hasonló globális jellemzőkkel.

Az elF5A gátlásának vese ischaemia során betöltött védő szerepére vonatkozó új vizsgálatok részletezték a metabolikus átmenetet az aerob oxidatív foszforilációról az anaerob glikolízis felé a GC7 kezelés hatására, és kimutatták, hogy ez a kezelés szabályozza a glükóz transzporterek expresszióját [148]. A proximális vesesejtekben az elF5A elválasztás gátlása mellett az oxigénfogyasztás csökkent, de nőtt a glükózfogyasztás és a laktát kiáramlás, valamint a glükózimporttól és a glikolízistől való függés, ami a metabolikus eltolódást mutatja az exkluzív anaerob glikolízis felé. Az in vitro és in vivo GC7 gátlás során a vese proximális sejtjeiből a glükóz kiáramlása a GLUT1 könnyített glükóz transzporter elnyomása miatt károsodott, ezáltal nőtt a glükóz elérhetősége a proximális sejtekben. Ezek az eredmények megmagyarázzák a vesesejtek túlélését hipoxia alatt, és az energetikai igényeket az anaerob glikolízisre való átállással elégítik ki. Ennek a metabolikus változásnak a molekuláris okai azonban nem tisztázottak, mivel a GLUT1 nem tartalmaz feltételezett elF5A-függő peptid motívumokat. Az sem ismert, hogy a GLUT1 gátlásából eredő intracelluláris glükózszint-emelkedés oka vagy következménye ennek a GC{10}}közvetített metabolikus változásnak [148].

Egy másik közelmúltbeli tanulmány molekuláris kapcsolatot állapított meg az eIF5A és a mitokondriális fúziós folyamat között [149]. Szerzői a kardiovaszkuláris remodeling transzkripciós faktor, a Krüppel-szerű 5-ös (Klf5) szerepét vizsgálták a vaszkuláris öregedésben, és azt találták, hogy a Klf5 közvetlenül kötődik az EIF5A promoterhez, és aktiválja annak transzkripcióját a mitokondriumok integritásának megőrzése érdekében. Az elF5A Klf5 általi modulációja egyidejűleg modulálta az ATP-tartalmat, a ROS-termelést és a mitokondriális dinamikát. Fontos, hogy az elF5A fizikai kölcsönhatásba lép a mitofuzin 1-gyel (Mnf1), a külső mitokondriális membrán transzmembrán fehérjével, amely a mitokondriális fúzió és integritás kulcsfontosságú szabályozója. Az 5A és az Mnf1 eukarióta transzlációs iniciációs faktorok a mitokondriumban lokalizálódnak, és elősegítették a fuzionált mitokondriumok hálózatának kialakulását. Ezzel szemben az elF5A leszabályozása Klf5 hiány miatt vagy a vaszkuláris öregedés során mitokondriális hasadáshoz és érbetegséghez vezetett [149]. Bár a pontos mechanizmusok, amelyeken keresztül az elF5A és az Mnf1 kölcsönhatása a mitokondriális integritást fenntartják, még tisztázásra vár, ismert, hogy a kiegyensúlyozott mitokondriális fúzió és hasadás nemcsak a mitokondriális formát, méretét és számát koordinálja, hanem az energiaanyagcserét, a sejtciklust is. , mitofágia és apoptózis [150].

Amint azt az előző szakaszokban említettük, jól ismert, hogy a mitokondriális funkció az életkorral csökken [83]. Az elmúlt néhány évben különböző in vitro és in vivo modelleket alkalmaztak annak kimutatására, hogy szoros kapcsolat mutatható ki a spermidin-kiegészítés és a modellszervezetekben az élettartam meghosszabbítása, valamint a modellszervezetekben és az emberekben a késleltetett öregedés között. Ezt az összefüggést a közelmúltban vizsgálták, és a spermidin öregedési hatásait leginkább a spermidin által kiváltott elF5A elválasztás közvetíti, amely megőrzi a mitokondriális funkciót.

Régóta dokumentálták a poliaminok csökkenését az emlős sejttenyészetekben és az emberi szervekben az öregedés során [151,152]. 2009-ben Eisenberg et al. (2009)[153] kimutatta, hogy a spermidin exogén hozzáadása meghosszabbította az élesztő-, légy-, féreg- és emberi sejtek élettartamát. A spermidin csökkentette az életkorral összefüggő oxidatív stresszt is egerekben. Ezzel szemben a poliamin kimerülése csökkentette az élesztő élettartamát, és növelte a ROS termelést és a nekrózist. A szerzők összefüggést figyeltek meg a spermidin által indukált élettartam és a H3 hiszton hipoacetilációja között, ami az ATG7, ATG11 és ATG15 autofágia gének felszabályozásához vezetett, és elősegítette az autofágiát az összes vizsgált modellszervezetben, amiről kiderült, hogy kulcsfontosságú a poliamin szempontjából. -megnövelt élettartam [153].

A spermidin-kiegészítés öregedésre kifejtett jótékony hatásait különböző szervezetekben is beszámolták, az autofágia elősegítéséhez kapcsolódó, életkorral összefüggő különböző vonatkozásokban [154,155], de egymástól függetlenül is [156. Bebizonyosodott, hogy a spermidin javítja a szív- és érrendszeri öregedést, javítja a memóriát és csökkenti a rákos megbetegedések halálozási arányát, egyéb jótékony hatások mellett [157].cistanche nzA spermidin hatások közvetítését az elF5A indukált elválasztása révén nemrégiben kimutatták idősebb felnőtteknél végzett B-sejtes immunitási vizsgálatokban. A spermidinnel elősegített elF5A elválasztás az autofágia elősegítésével helyreállította a B-sejtes immunitást idős egerekben [43]. A Hyp-elF5A a TFEB autofágia transzkripciós faktor transzlációja révén tartotta fenn az autofágiát, amely aminosavszekvenciájában poliprolin motívumokat tartalmaz. Az öregedés során a TFEB-szint csökken, a hyp-eF5A-val és a spermidinnel együtt, ami az immunrendszer kudarcához vezet [43]. Érdekes módon egy proteomikai elemzés, amelyet ebben a vizsgálatban GC7-tel kezelt primer B-sejtekkel végeztek, a TFEB csökkent expresszióját mutatta ki, de a korábban kimutatott emlősök és a Caenorhabditis elegans autofágia elF5A célzott ATG3-ét nem [42], ami a sejtkontextus hatására utal. Mind az ATG3, mind a TFEB tartalmaz poliprolin motívumokat, amelyek érzékenyek az elF5A-függőségre, és mechanikus kapcsolatot biztosítanak a hyp-elF5A és az autofágia között, bár a poliprolin motívumok jelenléte a fehérjeszekvenciában önmagában nem tűnik minden esetben elegendőnek ahhoz, hogy csökkentse a fehérjeszintet a hyp-elF5A gátlásával. eIF5A [43,158].

A spermidinnek az életkorral összefüggő tünetek csökkentésére gyakorolt ​​pozitív hatásai és a hyp-elF5A funkcionális mitokondriumok fenntartásában betöltött szerepe közötti mechanikai összefüggéseket a legfrissebb tanulmányok tárták fel. Schroeder és munkatársai (2021)[159] idős egereket tanulmányoztak, és azt találták, hogy az étrendi spermidin átjut a vér-agy gáton, növelve a hippocampalis elF5A elválasztását. A spermidinnel táplált idős egerek számos kognitív teszten javulást mutattak. A szerzők magasabb mitokondriális légzést is kimutattak az egér agyában és a legyekben, bár az egereknél az eredmények nemtől és életkortól függtek. Korábban azt javasolták, hogy az autofágia kulcsfontosságú a mitokondriális minőségellenőrzésben az öregedés és a neurodegeneráció során [160]. Ennek megfelelően Drosophilában az esszenciális autofágia gén, az Atg7, a mitofágiával összefüggő PTEN-indukált feltételezett kináz (Pink1) és a humán E3 ubiquitin ligáz Parkin (Park) homológja megszüntette a spermidin által közvetített légzésjavulást [159]. . Ezek az eredmények megegyeznek a C.elegans [161] eredményeivel, ahol a neurodegeneráció és az öregedés spermidin gátlása a PINK1-től és a mitofagiát közvetítő Parkin ortholog PDR1 féregtől függött.

A spermidinnek a mitokondriális és agyi kognitív egészségre gyakorolt ​​jótékony hatásait az eIF5A effektor közvetítheti [159,162]. Az öregedő Drosophila spermidin-kiegészítés mellett magasabb szintű fehérjéket tartalmazott az OXPHOS-ban, de nem magasabb a megfelelő mRNS-ben, és ez korrelált a magasabb maximális légzéssel és az agy mitokondriális bőségével. Az idős Drosophila agyban a spermidin és a hyp-elF5A szintje csökkent, és mindkettőt növelni lehetett poliamin-kiegészítéssel középkorig, bár nem nagyon öreg Drosophila agyakban. Az elF5A elválasztásának részleges csökkentésére szolgáló genetikai megközelítések a légyagyban csökkenti a mitokondriális légzést, és a kvantitatív proteomikai analízis a mitokondrium fehérjék, különösen az OXPHOS fehérjék leszabályozását jelezte. Érdekes módon a spermidin-kiegészítés által a mitokondriális működésre gyakorolt ​​pozitív hatások többsége megszűnt a hyp-eF5A csökkentésével a légy agyában. Liang és mtsai (2021)162] azt is megvizsgálták, hogy vajon az elF5A elválasztás okozta-e a korábban említett meghosszabbodott élettartamot legyeknél, egereknél és más szervezeteknél spermidin hozzáadásával [153,163,164]. Megfigyelték, hogy a kötőjel-hiányos legyeknél az élettartam meghosszabbítása megszűnt [162]. Végül a spermidin javította az idős legyek mozgásszervi és memóriafunkcióinak hanyatlását, míg az elF5A elválasztás gyengülése fokozta ezeket a korkárosító hatásokat, és ami fontos, a spermidin mozgásra és memóriára gyakorolt ​​pozitív hatásai többnyire elvesztek az elF5A-hipuzintól gyengített állatokban. . Ez utóbbi eredmények egybevágnak egy másik nemrégiben végzett vizsgálattal, amelyben a dezoxi-hipuzin-szintáz aktivitás csökkenését az emberek idegrendszeri fejlődési rendellenességével hozták összefüggésbe [165]. Bár a Liang és munkatársai (2021)[162] által közölt eredmények megerősítették a molekuláris kapcsolatot a spermidinnek az elöregedett mitokondriumok teljesítményére gyakorolt ​​jótékony hatása és az agyi funkciók között az elF5A elválasztással, Schroeder és munkatársai (2021)[159] rámutattak egy szerepre. A hyp-elF5A autofágia/mitofágia általi mitokondriális minőségellenőrzés fenntartásában a mechanikus molekuláris részletek még mindig hiányoznak, és nem teljesen ismert, hogy az autofágia/mitofágia hogyan javítja közvetlenül a mitokondriális teljesítményt.

8. Perspektívák az eIF5A ellenőrzése alatt álló mitokondriális folyamatok és célpontok azonosítására

Az elF5A-nak tulajdonított fő molekuláris szerep az elF5A-függő motívumokat tartalmazó fehérjék specifikus alcsoportjainak transzlációjának elősegítése [10,11]. Azonban más, kevésbé jellemzett molekuláris szerepeket is javasoltak az elF5A RNS-ek megkötésére és metabolizmusuk szabályozására való képességével kapcsolatban. A fenti eredményekből egyértelmű, hogy a hyp-elF5A megfelelő szintje szükséges az OXPHOS és a mitokondriális funkció megőrzéséhez. A fent leírt vizsgálatok azt sugallják, hogy az elF5A részt vehet az elF5A-függő MTS-t tartalmazó specifikus mitokondriális fehérjék transzlációjában, a metabolitok mitokondriumokba való áramlásának szabályozásában, az aerob anyagcsere fenntartásában a glükóz transzporterek szabályozásán keresztül, a mitokondriális dinamika fenntartásában a kölcsönhatás révén. mitokondriális fúzióban (Mnf1) részt vevő fehérjékkel, az autofágia elősegítésében az ATG3 és a TFEB szintézisének elősegítésével, vagy konkrétan mitofágiában a PINK1 és Park fehérjéktől függő mechanizmus révén. E szerepek felismeréséhez és bizonyításához szükség lesz a specifikus molekuláris folyamat és/vagy a specifikus fehérjecélpontok és körülmények azonosítására az elF5A közvetlen irányítása alatt.

A közvetlen elF5A-dependens transzláció mitokondriális fehérjejelöltjeinek azonosítása érdekében olyan peptidmotívumokat kerestünk, amelyek elF5A-függő riboszóma-leállást okoznak [11] a S. cerevisiae mitokondriális proteomjában. Azt találtuk, hogy az elF5A motívum bősége az 1117 sejtmag által kódolt mitokondriális fehérjében csak valamivel magasabb, mint az összes élesztőfehérjében, de ezek a motívumok alig vannak jelen a 10 mitokondriális DNS által kódolt fehérjében (2. ábra). A TCA-ciklusban részt vevő fehérjék átlagosan 3,3 motívumot mutatnak/fehérje, ami magasabb, mint a teljes élesztőproteom átlaga (2,8 motívum/fehérje), és sokkal magasabb, mint az OXPHOS fehérjéké (1,8 motívum/fehérje). Azonban a leginkább reprezentált eIF5A-függő motívumok ugyanazok (GGA, GGG és KPG) voltak a TCA és OXPHOS fehérjékben, csak két PPP motívummal: az egyik a szukcinil-CoA ligáz (Lsc1)TCA enzimben, egy másik pedig az alegységben. szukcinát-dehidrogenáz (Sdh4), amely részt vesz a TCA ciklusban és az OXPHOS.

2. ábra. ElF5A-függő motívumok megoszlása ​​Saccharomyces cerevisiae mitokondriális fehérjékben. A 43 legmagasabb pontszámot elérő elF5A-függő riboszóma-szüneteltető tripeptid motívum [1l] megoszlása ​​a teljes élesztő genom fehérjéiben (a), sejtmag által kódolt mitokondriális fehérjékben (b), mitokondriális kódolt fehérjékben (c), a trikarbonsav (TCA) ciklus(d), oxidatív foszforiláció (OXPHOS)(e) és a mitokondriális szerveződésben a Gene Ontology funkcionális kategória (f). A táblázat a legalább egy PPP motívummal rendelkező mitokondriális szerveződésben részt vevő fehérjéket mutatja be. A fehérjeszünet indexet (PPI) az elF5A kimerülése által kiváltott riboszóma-szünet mennyiségi értékének összegeként számítják ki mind a 43 legmagasabb elF5A-függő tripeptid motívumban [11], amelyek az egyes fehérjék aminosavszekvenciájában találhatók. és magasabb azokban a fehérjékben, amelyek transzlációja feltételezhetően jobban függ az elF5A-tól. A hosszabb poliprolin motívumokkal rendelkező élesztő mitokondriális fehérjék keresése azt mutatta, hogy az Ytal2, Srv2 és Tim50 legfeljebb kilenc, hat és hét egymást követő prolint tartalmaz (2. ábra). Az Yta12 (homológ a humán AFG3L2-vel) a konzervált mitokondriális m-AAA proteáz része, amely az Afg3 és Yta12 fehérjékből áll, és a belső mitokondriális membránon található (3. ábra). Az Ytal2/Afg3 szabályozza a mitokondriális proteosztázist a fehérje érésének közvetítésével. és a degradáció, és szükséges a mitokondriális enzimkomplexek megfelelő összeállításához [166]. Érdekes módon az Ytal2/Afg3 komplex részt vesz a COXT és COB intronokat tartalmazó mitokondriális mRNS-ek illesztésében is, amelyek a citokróm oxidáz és a citokróm b 1. alegységét kódolják, amelyek az ETC részét képezik. Így az Yta12/Yta10 hiánya alacsony légzést okoz, többek között az ETC-összeállítás hiánya miatt[167]. Az Srv2 (homológ a humán CAP1-hez és CAP2-höz) közvetíti az aktin összeállítását a mitokondriumokban, és az Srv2 deléciója megnyúlt hiperfúziós mitokondriumot okoz, és csökkenti a légzést. Érdekes módon az Srv2 kölcsönhatásba lép a mitokondriális hasadási GTPáz Dnm1/DRP1-gyel [168]. Végül a Tim50 (a humán TIMM50 homológja) a mitokondriális belső membrán TIM23 komplexének esszenciális alegysége, amely a mitokondriális fehérjék többségének behozatalát közvetíti MTS-eik felismerése révén (3. ábra)[169]. Bár ez a három fehérje csábító jelölt az elF5A mitokondriális funkcióra gyakorolt ​​hatásának közvetítésére, a poliprolin szakaszok jelenléte nem elégséges követelmény az elF5A-függőség kialakulásához [43,158]. A jövőbeni vizsgálatok meghatározzák az elF5A és a már leírt hyp-eIF5A-érzékeny mitokondriális fehérjék közötti pontos mechanikai kapcsolatokat, és új mitokondriális célfehérjéket és folyamatokat azonosítanak az elF5A irányítása alatt (3. ábra).

3. ábra: Az elF5A sejtfunkciói és a mitokondriális aktivitás fenntartásában betöltött szerepének modellje. Ismeretes, hogy az elF5A különböző sejtfolyamatokban vesz részt, bár ezek közül a legrelevánsabb és mitokondriális vonatkozású az ábrán látható. A riboszómákhoz kötődő hyp-elF5A elősegíti a transzláció megnyúlását specifikus motívumoknál [10,11], valamint az ER-hez kapcsolt transzlációt [23,25,26]. A sejtmagban az eIF5A segít bizonyos mRNS-ek és fehérjék exportálásában [141]. Az elF5A ellentmondásos szerepet játszik az apoptózisban, mivel szükségesnek bizonyult a mitokondriális közvetített apoptózis indukálásához[124,146], de emellett sejthalálhoz is vezethet. ha gátolják [133]. A Hyp-elF5A elősegíti az autofágiát az ATG3 (autofágiával kapcsolatos 3) és a TFEB (transzkripciós faktor EB) [42A43] transzlációján keresztül. Egyre több bizonyíték mutat arra, hogy közvetlen kapcsolat van a hyp-elF5A és a mitokondriális funkció között. A mitokondriumokkal való kapcsolata mellett [143-146] mindkét TCA egyes fehérjéiről leírták, hogy közvetlenül vagy közvetve hatással vannak a hyp-elF5A gátlására [126,147]. Azt is felvetették, hogy a hyp-eF5A közvetítheti a mitofagiát az ATG7-en (7. autofágiával kapcsolatos), a Pink1-en (a mitofágiával összefüggő PTEN-indukált feltételezett kinázon) és a Park-fehérjéken (a Parkin E3 ubiquitin ligáz) keresztül [170]. A sejtmag által kódolt fehérjék mitokondriális transzportjában és a mitokondriális szerveződésben részt vevő egyéb fehérjék feltételezett elF5A célpontoknak tekinthetők (2. ábra). Ezek közül a mitokondriális belső membrán integrált fehérje Yta12 (az Yta12/Afg3 komplex proteáza és a humán AFG3L2 élesztő homológja), valamint a Tim50 (a TIM23 komplex és a humán TIMM50 élesztő homológjának esszenciális alegysége) hosszú poliprolin szakaszokat tartalmaz. savszekvenciákat, ami arra utal, hogy transzlációjuk az elF5A-tól függ, és így lehetséges kapcsolat a hyp-elF5A és a mitokondriális funkció között. Az ábrafeldolgozás BioRender szoftverrel történt.

A szerző hozzájárulásai:Koncepció, MB-A.és PA; írás – eredeti tervezet előkészítése, MB-A.és PA; írás – áttekintés és szerkesztés, MB-A.és PA; finanszírozás megszerzése, a PAA összes szerző elolvasta és elfogadta a kézirat közzétett változatát.

Finanszírozás:Ezt a kutatást a Generalitat Valenciana (AICO/2020/086) és a spanyol Tudományos és Innovációs Minisztérium (PID2020-120066RB-I00) finanszírozta a PAMB-A számára. a spanyol tudományos, innovációs és egyetemi minisztérium predoktori ösztöndíjasa (FPU2017/03542).

Köszönetnyilvánítás:A szerzők elismerik a GFL labor minden tagjának támogatását.

Összeférhetetlenség:A szerzők nem nyilatkoznak összeférhetetlenségről. A finanszírozóknak nem volt szerepük a tanulmány megtervezésében; a kézirat megírásában, vagy az eredmények közzétételéről szóló döntésben.

Ez a cikk az Int. J. Mol. Sci. 2022, 23, 1284. https://doi.org/10.3390/ijms23031284 https://www.mdpi.com/journal/ijms