Mechanisms of translation regulation in long-term synaptic plasticity

Les souvenirs sont encodés dans le cerveau grâce aux configurations uniques de vastes réseaux neuronaux. Chaque connexion dans ces circuits est apte à être modifiée. Ces changements durables s’opèrent au niveau des synapses grâce à une synthèse de protéines de novo et génèrent ce qu’on nomme des traces mnésiques. Plusieurs preuves indiquent que, dans certaines formes de plasticité synaptique à long terme, cette synthèse a lieu dans les dendrites près des synapses activées plutôt que dans le corps cellulaire. Cependant, les mécanismes qui régulent cette traduction de protéines demeurent encore nébuleux. La phase d’initiation de la traduction est une étape limitante et hautement régulée qui, selon plusieurs chercheurs, constitue la cible principale des mécanismes de régulation de la traduction dans la plasticité synaptique à long terme. Le présent projet de recherche infirme cette hypothèse dans une certaine forme de plasticité synaptique, la dépression à long terme dépendante des récepteurs métabotropiques du glutamate (mGluR-LTD). À l’aide d’enregistrements électrophysiologiques de neurones hippocampiques en culture couplés à des inhibiteurs pharmacologiques, nous montrons que la régulation de la traduction implique les étapes de l’élongation et de la terminaison et non celle de l’initiation. De plus, nous démontrons grâce à des stratégies de knockdown d’expression d’ARN que la protéine de liaison d’ARNm Staufen 2 joue un rôle déterminant dans la mGluR-LTD induite en cultures. Dans leur ensemble, les résultats de la présente étude viennent appuyer un modèle de régulation de la traduction locale de protéines qui est indépendante de l’initiation.

The role of post-translation regulation of Twist expression in the tumor progression of squamous cell carcinoma of head and neck

Squamous cell carcinoma of head and neck (SCCHN) is the tenth most common cancer in the world. Unfortunately, the survival of patients with SCCHN has not improved in the last 40 years. Therefore new targets for therapy are needed, and to this end we are studying signaling pathways activated by IL-6 which we have found stimulates cell migration and soft agar growth in SCCHN. Our data show that IL-6 increases TWIST expression in a transcription-independent mechanism in many SCCHN cell lines. Further investigation reveals TWIST can be phosphorylated upon IL-6 treatment. By computation prediction (http://scansite.mit.edu/motifscan_seq.phtml ), we found that TWIST has a putative phosphorylation site for casein kinase 2 (CK2) suggesting that this kinase could serve as a link between IL-6 stimulation and Twist stability. To test this hypothesis, we used a CK2 inhibitor and shRNA to CK2 and found that these interventions inhibited IL-6 stimulation of TWIST stability. In addition, mutation of the putative CK2 phosphorylation site (S18/S20A) in TWIST decreased the amount of phospho-ATP incorporated by TWIST in an in vitro kinase assay, and altered TWIST stability. In Boyd chamber migration assay and wound-healing assay, the CK2 inhibitor, DMAT, was found to decrease the motility of IL-6 stimulated SCCHN cells and over expression of either a wild-type or the hyperphosphorylated mimicking mutant S18/20D –Twist rather than the hypo-phosphorylated mimicking mutant S18/20A-Twist can promote SCCHN cell motility.To our knowledge, this is the first report to identify the importance of IL-6 stimulated CK2 phosphorylation of TWIST in SCCHN. As CK2 inhibitors are currently under phase I clinical trials, our findings indicate that CK2 may be a viable therapeutic target in SCCHN. Therefore, further pre-clinical studies of this inhibitor are underway.

Hormone-Mediated Gene-Specific Translation Regulation

The central role of translation regulation in the control of critical cellular processes has long been recognized. Yet the systematic exploration of quantitative changes in translation at a genome-wide scale in response to specific stimuli has only recently become technically feasible. Using a genetic approach, we have identified new Arabidopsis weak-ethylene insensitive mutants that also display defects in translation, which suggested the existence of a previously unknown molecular module involved in ethylene-mediated translation regulation of components of this signaling pathway. To explore this link in detail, we implemented for Arabidopsis the ribosome-footprinting technology, which enables the study of translation at a whole-genome level at single codon resolution[1]. Using ribosome-footprinting we examined the effects of short exposure to ethylene on the Arabidopsis translatome looking for ethylene-triggered changes in translation rates that could not be explained by changes in transcript levels. The results of this research, in combination with the characterization of a subset of the aforementioned weak-ethylene insensitive mutants that are defective in the UPF genes (core-components of the nonsense-mediated mRNA decay machinery), uncovered a translation-based branch of the ethylene signaling pathway[2]. In the presence of ethylene, translation of a negative regulator of ethylene signaling EBF2 is repressed, despite induced transcription of this gene. These translational effects of ethylene require the long 3´UTR of EBF2 (3´EBF2), which is recognized by the C-terminal end of the key ethylene-signaling protein EIN2 (EIN2C) in the cytoplasm once EIN2C is released from the ER-membrane by proteolytic cleavage. EIN2C binds the 3´EBF2, recruits the UPF proteins and moves to P-bodies, where the translation of EBF2 in inhibited despite its mRNA accumulation. Once the ethylene signal is withdrawn, the translation of the stored EBF2 mRNAs is resumed, thus rapidly dampening the ethylene response. These findings represent a mechanistic paradigm of gene-specific regulation of translation in response to a key growth regulator. Translation regulatory elements can be located in both 3′ and 5′ UTRs. We are now focusing on the ead1 and ead2 mutants, another set of ethylene-signaling mutants defective in translational regulation. Ribosome-footprinting on the ead1 mutant revealed an accumulation of translating ribosomes in the 5´UTRs of uORF-containing genes and reduction in the levels of ribosomes in the main ORF. The mutant is also impaired in the translation of GFP when this reporter is fused to WT 5´UTR of potential EAD1 targets but not when GFP is fused to the uORF-less versions of the same 5´UTRs. Our hypothesis is that EAD1/2 work as a complex that is required for the efficient translation of mRNAs that have common structural (complex 5´UTR with uORFs) and functional (regulation of key cellular processes) features. We are working towards the identification of the conditions where the EAD1 regulation of translation is required. [1] Ingolia, N. et al. (2009) Genome-Wide Analysis in Vivo of Translation with Nucleotide Resolution Using Ribosome Profiling. Science, 324; 218-222 [2] Merchante, C. et al. (2015) Gene-Specific Translation Regulation Mediated by the Hormone-Signaling Molecule EIN2. Cell, 163(3): 684-697

IRES mediated translational regulation of p53 isoforms

p53 is a well known tumor suppressor protein that plays a critical role in cell cycle arrest and apoptosis. It has several isoforms which are produced by transcriptional and posttranscriptional regulatory mechanisms. p53 mRNA has been demonstrated to be translated into two isoforms, full-length p53 (FL-p53) and a truncated isoform N-p53 by the use of alternative translation initiation sites. The mechanism of translation regulation of these two isoforms was further elucidated by the discovery of IRES elements in the p53 mRNA. These two IRESs were shown to regulate the translation of p53 and N-p53 in a distinct cell-cycle phase-dependent manner. This review focuses on the current understanding of the regulation of p53 IRES mediated translation and the role of cis and trans acting factors that influence expression of p53 isoforms. (C) 2013 John Wiley & Sons, Ltd.

Mapping eIF5A binding sites for Dys1 and Lia1: In vivo evidence for regulation of eIF5A hypusination

The evolutionarily conserved factor eIF5A is the only protein known to undergo hypusination, a unique posttranslational modification triggered by deoxyhypusine synthase (Dys1). Although eIF5A is essential for cell viability, the function of this putative translation initiation factor is still obscure. To identify eIF5A-binding proteins that could clarify its function, we screened a two-hybrid library and identified two eIF-5A partners in S. cerevisiae: Dys1 and the protein encoded by the gene YJR070C, named Lia1 (Ligand of eIF5A). The interactions were confirmed by GST pulldown. Mapping binding sites for these proteins revealed that both eIF5A domains can bind to Dys1, whereas the C-terminal domain is sufficient to bind Lia1. We demonstrate for the first time in vivo that the N-terminal α-helix of Dys1 can modulate enzyme activity by inhibiting eIF5A interaction. We suggest that this inhibition be abrogated in the cell when hypusinated and functional eIF5A is required. © 2003 Published by Elsevier B.V. on behalf of the Federation of European Biochemical Societies.

Posttranscriptional Regulation of Embryonic Neurogenesis by the Exon Junction Complex

The six-layered neuron structure in the cerebral cortex is the foundation for human mental abilities. In the developing cerebral cortex, neural stem cells undergo proliferation and differentiate into intermediate progenitors and neurons, a process known as embryonic neurogenesis. Disrupted embryonic neurogenesis is the root cause of a wide range of neurodevelopmental disorders, including microcephaly and intellectual disabilities. Multiple layers of regulatory networks have been identified and extensively studied over the past decades to understand this complex but extremely crucial process of brain development. In recent years, post-transcriptional RNA regulation through RNA binding proteins has emerged as a critical regulatory nexus in embryonic neurogenesis. The exon junction complex (EJC) is a highly conserved RNA binding complex composed of four core proteins, Magoh, Rbm8a, Eif4a3, and Casc3. The EJC plays a major role in regulating RNA splicing, nuclear export, subcellular localization, translation, and nonsense mediated RNA decay. Human genetic studies have associated individual EJC components with various developmental disorders. We showed previously that haploinsufficiency of Magoh causes microcephaly and disrupted neural stem cell differentiation in mouse. However, it is unclear if other EJC core components are also required for embryonic neurogenesis. More importantly, the molecular mechanism through which the EJC regulates embryonic neurogenesis remains largely unknown. Here, we demonstrated with genetically modified mouse models that both Rbm8a and Eif4a3 are required for proper embryonic neurogenesis and the formation of a normal brain. Using transcriptome and proteomic analysis, we showed that the EJC posttranscriptionally regulates genes involved in the p53 pathway, splicing and translation regulation, as well as ribosomal biogenesis. This is the first in vivo evidence suggesting that the etiology of EJC associated neurodevelopmental diseases can be ribosomopathies. We also showed that, different from other EJC core components, depletion of Casc3 only led to mild neurogenesis defects in the mouse model. However, our data suggested that Casc3 is required for embryo viability, development progression, and is potentially a regulator of cardiac development. Together, data presented in this thesis suggests that the EJC is crucial for embryonic neurogenesis and that the EJC and its peripheral factors may regulate development in a tissue-specific manner.

Actinidia DRM1 : an intrinsically disordered protein whose mRNA expression is inversely correlated with spring budbreak in Kiwifruit

Intrinsically disordered proteins (IDPs) are a relatively recently defined class of proteins which, under native conditions, lack a unique tertiary structure whilst maintaining essential biological functions. Functional classification of IDPs have implicated such proteins as being involved in various physiological processes including transcription and translation regulation, signal transduction and protein modification. Actinidia DRM1 (Ade DORMANCY ASSOCIATED GENE 1), represents a robust dormancy marker whose mRNA transcript expression exhibits a strong inverse correlation with the onset of growth following periods of physiological dormancy. Bioinformatic analyses suggest that DRM1 is plant specific and highly conserved at both the nucleotide and protein levels. It is predicted to be an intrinsically disordered protein with two distinct highly conserved domains. Several Actinidia DRM1 homologues, which align into two distinct Actinidia-specific families, Type I and Type II, have been identified. No candidates for the Arabidopsis DRM1-Homologue (AtDRM2) an additional family member, has been identified in Actinidia.

The multiple sclerosis whole blood mRNA transcriptome and genetic associations indicate dysregulation of specific T cell pathways in pathogenesis

Multiple sclerosis (MS) is an autoimmune disease with a genetic component, caused at least in part by aberrant lymphocyte activity. The whole blood mRNA transcriptome was measured for 99 untreated MS patients: 43 primary progressive MS, 20 secondary progressive MS, 36 relapsing remitting MS and 45 age-matched healthy controls. The ANZgene Multiple Sclerosis Genetics Consortium genotyped more than 300 000 SNPs for 115 of these samples. Transcription from genes on translational regulation, oxidative phosphorylation, immune synapse and antigen presentation pathways was markedly increased in all forms of MS. Expression of genes tagging T cells was also upregulated (P < 10-12) in MS. A T cell gene signature predicts disease state with a concordance index of 0.79 with age and gender as co-variables, but the signature is not associated with clinical course or disability. The ANZgene genome wide association screen identified two novel regions with genome wide significance: one encoding the T cell co-stimulatory molecule, CD40; the other a region on chromosome 12q13-14. The CD40 haplotype associated with increased MS susceptibility has decreased gene expression in MS (P < 0.0007). The second MS susceptibility region includes 17 genes on 12q13-14 in tight linkage disequilibrium. Of these, only 13 are expressed in leukocytes, and of these the expression of one, FAM119B, is much lower in the susceptibility haplotype (P tdthomlt; 10-14). Overall, these data indicate dysregulation of T cells can be detected in the whole blood of untreated MS patients, and supports targeting of activated T cells in therapy for all forms of MS.

Skeletal muscle protein content of lipolytic inhibitor G(0)/G(1) switch gene-2 protein: the effect of endurance training

The first and rate-limiting step of lipolysis is the removal of the first fatty acid from a triglyceride molecule; it is catalyzed by adipose triglyceride lipase (ATGL). ATGL is co-activated by comparative gene identification-58 (CGI-58) and inhibited by the G(0)/G(1) switch gene-2 protein (G0S2). G0S2 has also recently been identified as a positive regulator of oxidative phosphorylation within the mitochondria. Previous research has demonstrated in cell culture, a dose dependent mechanism for inhibition by G0S2 on ATGL. However our data is not consistent with this hypothesis. There was no change in G0S2 protein content during an acute lipolytic inducing set of contractions in both whole muscle, and isolated mitochondria yet both ATGL and G0S2 increase following endurance training, in spite of the fact that there should be increased reliance on intramuscular lipolysis. Therefore, inhibition of ATGL by G0S2 appears to be regulated through more complicated intracellular or post-translation regulation.

Études des modifications post-traductionnelles de Khd1p et de leur rôle dans la régulation de la traduction de l'ARNm ASH1 chez la levure Saccharomyces cerrevisiae

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Caractérisation des complexes ribonucléoprotéiques de Staufen1 et Staufen2

Dans la cellule, chaque ARNm se doit d’être régulé finement au niveau transcriptionnel, bien entendu, mais également au niveau de sa traduction, de sa dégradation ainsi que de sa localisation intracellulaire, et ce, afin de permettre l’expression de chaque produit protéique au moment et à l’endroit précis où son action est requise. Lorsqu’un mécanisme physiologique est mis de l’avant dans la cellule, il arrive souvent que plusieurs ARNm se doivent d’être régulés simultanément. L’un des moyens permettant d’orchestrer un tel processus est de réguler l’action d’une protéine commune associée à chacun de ces ARNm, via un mécanisme post-traductionnel par exemple. Ainsi l’expression d’un groupe précis d’ARNm peut être régulée finement dans le temps et dans l’espace selon les facteurs protéiques auxquels il est associé. Dans l’optique d’étudier certains de ces complexes ribonucléoprotéiques (mRNP), nous nous sommes intéressés aux isoformes et paralogues de Staufen, une protéine à domaine de liaison à l’ARN double-brin (dsRBD) impliquée dans de nombreux aspects de la régulation post-transcriptionnelle, tels la dégradation, la traduction ou encore la localisation d’ARNm. Chez la drosophile, un seul gène Staufen est exprimé alors que chez les mammifères, il existe deux paralogues de la protéine, soit Stau1 et Stau2, tous deux possédant divers isoformes produits suite à l’épissage alternatif de leur gène. Stau1 et Stau2 sont identiques à 50%. Les deux isoformes de Stau2, Stau259 et Stau262 ne diffèrent qu’en leur extrémité N-terminale. En effet, alors que Stau259 arbore un dsRBD1 tronqué, celui de Stau262 est complet. Ces observations introduisent une problématique très intéressante à laquelle nous nous sommes attaqué : ces différentes protéines, quoique très semblables, font-elles partie de complexes ribonucléoprotéiques distincts ayant des fonctions propres à chacun ou, au contraire, vu cette similarité de séquence, travaillent-elles de concert au sein des mêmes complexes ribonucléoprotéiques? Afin d’adresser cette question, nous avons entrepris d’isoler, à partir de cellules HEK293T, les différents complexes de Stau1 et Stau2 par la technique d’immunoprécipitation. Nous avons isolé les ARNm associés à chaque protéine, les avons identifiés grâce aux micropuces d’ADN et avons confirmé nos résultats par RT-PCR. Malgré la présence d’une population commune d’ARNm associée à Stau1 et Stau2, la majorité des transcrits identifiés furent spécifiques à chaque orthologue. Cependant, nous avons remarqué que les diverses populations d’ARNm participaient aux mêmes mécanismes de régulation, ce qui suggère que ces deux protéines possèdent des rôles complémentaires dans la mise en œuvre de divers phénomènes cellulaires. Au contraire, les transcrits associés à Stau259 et Stau262 sont davantage similaires, indiquant que celles-ci auraient des fonctions plutôt semblables. Ces résultats sont très intéressants, car pour la première fois, nous avons identifié des populations d’ARNm associées aux isoformes Stau155, Stau259 et Stau262. De plus, nous les avons analysées en parallèle afin d’en faire ressortir les populations spécifiques à chacune de ces protéines. Ensuite, connaissant l’importance de Stau2 dans le transport dendritique d’ARNm, nous avons cherché à caractériser les complexes ribonucléoprotéiques neuronaux associés à celle-ci. Dans un premier temps et à l’aide de la technique d’immunoprécipitation, nous avons identifié une population d’ARNm neuronaux associés à Stau2. Plus de 1700 ARNm montraient une présence d’au moins huit fois supérieure dans le précipité obtenu avec l’anticorps anti-Stau2 par rapport à celui obtenu avec le sérum pré-immun. Ces ARNm codent pour des protéines impliquées dans des processus de modifications post-traductionnelles, de traduction, de transport intracellulaire et de métabolisme de l’ARN. De façon intéressante, cette population d’ARNm isolée du cerveau de rat est relativement différente de celle caractérisée des cellules humaines HEK293T. Ceci suggère que la spécificité d’association Stau2-ARNm peut diffèrer d’un tissu à un autre. Dans un deuxième temps, nous avons isolé les protéines présentes dans les complexes ribonucléoprotéiques obtenus de cerveaux de rat et les avons identifiées par analyse en spectrométrie de masse. De cette façon, nous avons identifié au sein des particules de Stau2 des protéines liant l’ARN (PABPC1, hnRNPH1, YB1, hsc70), des protéines du cytosquelette (α- et β-tubuline), de même que la protéine peu caractérisée RUFY3. En poussant davantage la caractérisation, nous avons établi que YB1 et PABPC1 étaient associées à Stau2 grâce à la présence de l’ARN, alors que la protéine hsc70, au contraire, interagissait directement avec celle-ci. Enfin, cette dernière association semble être modulable par l’action de l’ATP. Ce résultat offre de nombreuses possibilités quant à la régulation de la fonction de Stau2 et/ou de son mRNP. Entre autres, cette étude suggère un mécanisme de régulation de la traduction au sein de ces particules. Pour faire suite à la caractérisation des mRNP de Stau, nous avons voulu déterminer au niveau neurophysiologique l’importance de ceux-ci. Comme l’étude de Stau2 avait déjà été entreprise préalablement par un autre laboratoire, nous avons décidé de concentrer notre étude sur le rôle de Stau1. Ainsi, nous avons démontré que celle-ci était nécessaire à la mise en place d’une forme de plasticité synaptique à long terme, la forme tardive de potentialisation à long terme ou L-LTP, dépendante de la transcription et de l’activité des récepteurs NMDA. La transmission de base, de même que la faculté de ces épines à faire de la E-LTP, la forme précoce de potentialisation à long terme, et la dépression à long terme ou LTD sont conservées. Ceci indique que les épines conservent la capacité d’être modulées. Ainsi, l’inhibition de la L-LTP, suite à la sous-expression de Stau1, n’est pas simplement due à la perte d’éléments fonctionnels, mais réside plutôt dans l’incapacité de ceux-ci à induire les changements synaptiques spécifiquement nécessaires à la mise en place de la L-LTP. De plus, au niveau synaptique, la sous-expression de Stau1 réduit à la fois l’amplitude et la fréquence des mEPSC. Ces résultats concordent avec l’observation que la sous-expression de Stau1 augmente significativement la proportion d’épines allongées et filopodales, des épines formant des synapses dites silencieuses. Par le fait même, elle diminue le nombre d’épines fonctionnelles, de forme dite normale. Ainsi, nous avons été en mesure de démontrer que l’absence, au niveau neuronal, de la protéine Stau1 induisait un déficit probable dans la localisation et/ou la traduction d’ARNm responsable de la restructuration de l’épine et de facteurs nécessaires à la mise en place de la L-LTP. En conclusion, nous avons participé à lever le voile sur la composition et l’importance des complexes ribonucléoprotéiques de Stau1 et Stau2. Nous avons identifié des populations distinctes et communes d’ARNm associées aux différents isoformes de Stau, à partir des mRNP présents au sein des cellules HEK293. De plus, nous avons réussi à mettre à l’avant plan certaines composantes des mRNP neuronaux de Stau2, dont un partenaire protéique direct, hsc70, partenaire dont l’association est modulable par l’action de l’ATP, ainsi qu’une population neuronale de transcrits d’ARNm. Enfin, nous avons mis en lumière l’importance de Stau1 dans la morphologie des épines dendritiques ainsi que dans le phénomène de la plasticité synaptique.

La voie de régulation de la traduction de l’ARNm ASH1 : une concertation entre Khd1, Puf6 et Loc1

La localisation des ARNm par transport dirigé joue un rôle dans le développement, la motilité cellulaire, la plasticité synaptique et la division cellulaire asymétrique. Chez la levure Saccharomyces cerevisiæ, la localisation d’ARNm est un phénomène dont les mécanismes de régulation sont conservés auprès de nombreux autres organismes. Lors de la division de la levure, plus d’une trentaine de transcrits sont localisés par transport actif à l’extrémité du bourgeon de la cellule-fille. Parmi ceux-ci, l’ARNm ASH1 est le mieux caractérisé et constitue le modèle utilisé dans cette étude. Pour exercer sa fonction, la protéine Ash1 doit être produite uniquement après la localisation de l’ARNm ASH1. Pour ce faire, les mécanismes de régulation de la traduction de l’ARNm ASH1 empêchent son expression durant le transport. Ce projet de recherche vise à étudier les mécanismes de régulation de la traduction de l’ARNm ASH1 par les répresseurs traductionnels connus, soit Khd1, Puf6 et Loc1. Les études antérieures se sont penchées sur ces facteurs de manière individuelle. Cependant, dans cette étude, nous avons exploré la présence d’une collaboration entre ceux-ci. Ainsi, nous avons voulu déterminer si les répresseurs traductionnels peuvent être intégrés en une seule voie de régulation de la traduction de l’ARNm ASH1. De plus, nous avons cherché à identifier le mécanisme de recrutement des répresseurs traductionnels sur l’ARNm ASH1, qui correspond au point initial des voies de régulations de l’ARNm ASH1. Nos résultats montrent que les répresseurs traductionnels de l’ARNm ASH1, soit Khd1 et Puf6, font partie d’une même voie de régulation de la traduction. Le rôle du facteur nucléaire Loc1 dans la voie de régulation de la traduction, quant à elle, a été examinée à partir d’expériences permettant l’étude du mécanisme de recrutement des répresseurs traductionnels dans le noyau. Ainsi, nos travaux montrent que Puf6 et Loc1 sont associés de manière ARN-dépendant avec la machinerie de transcription, notamment au facteur d’élongation de la transcription Spt4-Spt5/DSIF. Par ailleurs, notre laboratoire a précédemment montré que la localisation nucléaire de la protéine de liaison à l’ARN She2 est essentielle au recrutement des facteurs Loc1 et Puf6 sur l’ARNm ASH1. Des expériences d’immunoprécipitation de la chromatine (ChIP) supportent l’hypothèse que le recrutement de Loc1 est essentiel à celui de Puf6, qui s’effectue ultérieurement. Ainsi, à partir des résultats de cette étude et des résultats publiés précédemment dans notre laboratoire, nous avons élaboré un modèle de recrutement coordonné des facteurs She2, Loc1 et Puf6 sur l’ARNm ASH1 naissant. De manière générale, cette étude a permis d’établir la présence d’une seule voie de régulation de la traduction de l’ARNm ASH1 et une meilleure connaissance du recrutement des facteurs de répression traductionnelle sur celui-ci.

The Deoxyhypusine Synthase Mutant dys1-1 Reveals the Association of eIF5A and Asc1 with Cell Wall Integrity

The putative eukaryotic translation initiation factor 5A (eIF5A) is a highly conserved protein among archaea and eukaryotes that has recently been implicated in the elongation step of translation. eIF5A undergoes an essential and conserved posttranslational modification at a specific lysine to generate the residue hypusine. The enzymes deoxyhypusine synthase (Dys1) and deoxyhypusine hydroxylase (Lia1) catalyze this two-step modification process. Although several Saccharomyces cerevisiae eIF5A mutants have importantly contributed to the study of eIF5A function, no conditional mutant of Dys1 has been described so far. In this study, we generated and characterized the dys1-1 mutant, which showed a strong depletion of mutated Dys1 protein, resulting in more than 2-fold decrease in hypusine levels relative to the wild type. The dys1-1 mutant demonstrated a defect in total protein synthesis, a defect in polysome profile indicative of a translation elongation defect and a reduced association of eIF5A with polysomes. The growth phenotype of dys1-1 mutant is severe, growing only in the presence of 1 M sorbitol, an osmotic stabilizer. Although this phenotype is characteristic of Pkc1 cell wall integrity mutants, the sorbitol requirement from dys1-1 is not associated with cell lysis. We observed that the dys1-1 genetically interacts with the sole yeast protein kinase C (Pkc1) and Asc1, a component of the 40S ribosomal subunit. The dys1-1 mutant was synthetically lethal in combination with asc1Δ and overexpression of TIF51A (eIF5A) or DYS1 is toxic for an asc1Δ strain. Moreover, eIF5A is more associated with translating ribosomes in the absence of Asc1 in the cell. Finally, analysis of the sensitivity to cell wall-perturbing compounds revealed a more similar behavior of the dys1-1 and asc1Δ mutants in comparison with the pkc1Δ mutant. These data suggest a correlated role for eIF5A and Asc1 in coordinating the translational control of a subset of mRNAs associated with cell integrity. © 2013 Galvão et al.

The nuclear mRNA export receptor Mex67-Mtr2 of Trypanosoma brucei contains a unique and essential zinc finger motif.

Trypanosoma brucei is the causative agent of Human African Trypanosomiasis. Trypanosomes are early diverged protozoan parasites and show significant differences in their gene expression compared with higher eukaryotes. Due to a lack of individual gene promoters, large polycistronic transcripts are produced and individual mRNAs mature by trans-splicing and polyadenylation. In the absence of transcriptional control, regulation of gene expression occurs post-transcriptionally mainly by control of transcript stability and translation. Regulation of mRNA export from the nucleus to the cytoplasm might be an additional post-transcriptional event involved in gene regulation. However, our knowledge about mRNA export in trypanosomes is very limited. Although export factors of higher eukaryotes are reported to be conserved, only a few orthologues can be readily identified in the genome of T. brucei. Hence, biochemical approaches are needed to identify the export machinery of trypanosomes. Here, we report the functional characterization of the essential mRNA export factor TbMex67. TbMex67 contains a unique and essential N-terminal zinc finger motif. Furthermore, we could identify two interacting export factors namely TbMtr2 and the karyopherin TbIMP1. Our data show that the general heterodimeric export receptor Mex67-Mtr2 is conserved throughout the eukaryotic kingdom albeit exhibiting parasite-specific features.

An mRNA-Derived Noncoding RNA Targets and Regulates the Ribosome.

The structural and functional repertoire of small non-protein-coding RNAs (ncRNAs) is central for establishing gene regulation networks in cells and organisms. Here, we show that an mRNA-derived 18-nucleotide-long ncRNA is capable of downregulating translation in Saccharomyces cerevisiae by targeting the ribosome. This 18-mer ncRNA binds to polysomes upon salt stress and is crucial for efficient growth under hyperosmotic conditions. Although the 18-mer RNA originates from the TRM10 locus, which encodes a tRNA methyltransferase, genetic analyses revealed the 18-mer RNA nucleotide sequence, rather than the mRNA-encoded enzyme, as the translation regulator. Our data reveal the ribosome as a target for a small regulatory ncRNA and demonstrate the existence of a yet unkown mechanism of translation regulation. Ribosome-targeted small ncRNAs are found in all domains of life and represent a prevalent but so far largely unexplored class of regulatory molecules.