Estudo do Fator de Início de Tradução de Eucariotos 5A (eIF5A) na tradução específica e na ligação direta com ribossomo

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Análise do envolvimento do fator de início de tradução de eucariotos 5A (eIF5A) na translocação de proteínas para o retículo endoplasmático em Saccharomyces cerevisiae

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Estudo da relação entre o fator de início de tradução de eucariotos 5A (eIF5A) e a etapa de elongação da tradução

O fator de início de tradução 5A (eukaryotic translation iniciation factor 5A, eIF5A) é altamente conservado entre arqueas a eucariotos, sendo que as proteínas eIF5A de Saccharomyces cerevisiae e de mamíferos são 63% idênticas. eIF5A sofre uma modificação pós-traducional única na célula, a hipusinação de um resíduo de lisina. Essa proteína já foi relacionada ao início da tradução, transporte nucleocitoplasmático, decaimento de mRNA e proliferação celular, mas a função crítica de eIF5A ainda não foi esclarecida. A depleção deste fator em S. cerevisiae leva a uma diminuição (30%) da taxa de síntese protéica, sugerindo que eIF5A seja um fator envolvido na tradução de um grupo específico de mensageiros. Dados do laboratório demonstram interação física entre eIF5A e proteínas ribossomais bem como com o fator de elongação 2 da tradução (eEF2). A interação com eEF2, sugere que eIF5A atua na etapa de elongação da tradução, ao invés do início da tradução, como proposto inicialmente. Com o objetivo de avaliar a relação de eIF5A com a etapa de elongação, foram realizadas análises de interações genéticas entre o gene codificador de eIF5A (TIF51A) e diversos genes codificadores de proteínas envolvidas na tradução. Através de análises de interações genéticas, foi observado que o mutante estável de eIF5A, tif51AK56A, apresenta um defeito de crescimento quando o mutante de eEF2, eft2H699K, está expresso em alto número de cópias, enquanto que o mutante tif51AQ22H/L93F não apresenta defeitos nesta condição. Foi observado também que o mutante tif51AQ22H/L93F apresenta um defeito de crescimento mais severo quando ocorre superexpressão de EFT2, gene codificador de eEF2. Foi observado ainda que não há complementação alélica entre os mutantes estáveis de eIF5A e que a reversibilidade do fenótipo de sensibilidade a temperatura... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo)

Genetic interactions of yeast eukaryotic translation initiation factor 5a (eIF5A) reveal connections to poly(A)-binding protein and protein kinase C signaling

The highly conserved eukaryotic translation initiation factor eIF5A has been proposed to have various roles in the cell, from translation to mRNA decay to nuclear protein export. To further our understanding of this essential protein, three temperature-sensitive alleles of the yeast TIF51A gene have been characterized. Two mutant eIF5A proteins contain mutations in a proline residue at the junction between the two eIFSA domains and the third, strongest allele encodes a protein with a single mutation in each domain, both of which are required for the growth defect. The stronger tif51A alleles cause defects in degradation of short-lived mRNAs, supporting a role for this protein in mRNA decay. A multicopy suppressor screen revealed six genes, the overexpression of which allows growth of a tif51A-1 strain at high temperature; these genes include PAB1, PKC1, and PKC1 regulators WSC1, WSC2, and WSC3. Further results suggest that eIFSA may also be involved in ribosomal synthesis and the WSC/PKC1 signaling pathway for cell wall integrity or related processes.

Inhibition of eukaryotic translation initiation factor 5A (eIF5A) hypusination impairs melanoma growth

The eukaryotic translation initiation factor 5A (eIF5A) undergoes a specific post-translational modification called hypusination. This modification is required for the functionality of this protein. The compound N1-guanyl-1,7-diaminoheptane (GC7) is a potent and selective inhibitor of deoxyhypusine synthase, which catalyses the first step of eIF5A hypusination process. In the present study, the effects of GC7 on cell death were investigated using two cell lines: melan-a murine melanocytes and Tm5 marine melanoma. In vitro treatment with GC7 increased by 3-fold the number of cells presenting DNA fragmentation in Tm5 cells. Exposure to GC7 also decreased viability to both cell lines. This study also describes, for the first time, the in vivo antitumour effect of GC7, as indicated by impaired melanoma growth in C57BL/6 mice. Copyright © 2006 John Wiley & Sons, Ltd.

Caracterização funcional de eIF5A: análise genética e molecular utilizando o modelo de Saccharomyces cerevisiae

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Identificação de fatores celulares que interagem fisicamente com Lia1 por meio do rastreamento de duplo-híbrido

A síntese de hipusina é uma modificação pós-traducional única e essencial que ocorre somente no provável fator de início de tradução de eucariotos 5A (eIF5A). Enquanto que a enzima desoxi-hipusina sintase catalisa a formação de desoxi-hipusina no precursor de eIF5A, posterior hidroxilação deste intermediário pela enzima desoxi-hipusina hidroxilase gera a forma madura hipusinada. Apesar da essencialidade de eIF5A e hipusina no crescimento celular, a função biológica desempenhada por este fator intrigante permaneceu obscura por décadas. Recentemente, novas evidências fortaleceram o envolvimento de eIF5A na tradução, mas o seu mecanismo de ação ainda precisa ser elucidado. Com o objetivo de identificar proteínas que interagem com eIF5A que pudessem contribuir para a elucidação de sua função, foi realizado um rastreamento de duplo-híbrido através do qual um novo parceiro físico foi revelado, a proteína codificada pelo gene YJR070C, denominado LIA1 (Ligante de eIF5A) pelo nosso laboratório. Entretanto, este dado não contribuiu para a determinação do papel de eIF5A dentro da célula, pois a função exercida por Lia1 era naquele momento desconhecida. Em 2006, a clonagem de LIA1 como o gene codificador da enzima desoxi-hipusina hidroxilase culminou na completa identificação das enzimas da via de síntese de hipusina no precursor de eIF5A. No entanto, o mecanismo pelo qual eIF5A contendo desoxi-hipusina é hidroxilado não é completamente conhecido. Como o rastreamento por duplo-híbrido tem-se revelado de grande importância para a compreensão dos processos biológicos que ocorrem em uma célula, pois vem sendo amplamente empregado na elucidação da função de diferentes fatores celulares através da análise de interações proteína-proteína, o presente trabalho visou à busca de ligantes físicos de Lia1 através do emprego desta técnica... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo)

Análise da supressão do fenótipo de sensibilidade à temperatura do mutante tif51AK56A em Saccharomyces cerevisiae

O fator de início da tradução de eucariotos 5A (eIF5A) é uma proteína essencial para a viabilidade celular, altamente conservada em arqueas e eucariotos e apresenta uma modificação pós-traducional única em que um resíduo específico de lisina é modificado para o aminoácido hipusina. O processo de hipusinação é essencial para a função de eIF5A e consequentemente para viabilidade celular. eIF5A foi descrita inicialmente como um fator de início da tradução pois estimula a síntese de metionil-puromicina in vitro, porém, dados de nosso e de outro laboratório mostraram um papel para eIF5A na etapa de elongação da tradução. eIF5A é um homólogo estrutural do fator de elongação da tradução P (EF-P) de bactérias. EF-P também estimula a síntese de metionil-puromicina, sendo essencial para viabilidade celular em algumas espécies de bactérias. Dados recentes mostram que EF-P, bem como eIF5A participam na etapa de elongação da tradução facilitando a tradução de sequências de parada, “stalling motifs”. Foi isolado, em nosso laboratório, o gene que codifica para o tRNA de alanina como supressor do fenótipo de sensibilidade a temperatura do mutante tif51AK56A, sugerindo uma possível correlação funcional entre estes genes. Para compreender o mecanismo de supressão e estudar a relação com outros tRNAs este estudo foi proposto e realizado.

Análise estrutural e funcional de eIF5A selvagem e mutadas

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Caracterização funcional do fator da tradução eIF5A por meio de interações genéticas

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Synthetic lethality between eIF5A and Ypt1 reveals a connection between translation and the secretory pathway in yeast

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Functional significance of eIF5A and its hypusine modification in eukaryotes

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Production of active recombinant eIF5A: reconstitution in E.coli of eukaryotic hypusine modification of eIF5A by its coexpression with modifying enzymes

Eukaryotic translation initiation factor 5A (eIF5A) is the only cellular protein that contains the polyamine-modified lysine, hypusine [N(epsilon)-(4-amino-2-hydroxybutyl)lysine]. Hypusine occurs only in eukaryotes and certain archaea, but not in eubacteria. It is formed post-translationally by two consecutive enzymatic reactions catalyzed by deoxyhypusine synthase (DHS) and deoxyhypusine hydroxylase (DOHH). Hypusine modification is essential for the activity of eIF5A and for eukaryotic cell proliferation. eIF5A binds to the ribosome and stimulates translation in a hypusine-dependent manner, but its mode of action in translation is not well understood. Since quantities of highly pure hypusine-modified eIF5A is desired for structural studies as well as for determination of its binding sites on the ribosome, we have used a polycistronic vector, pST39, to express eIF5A alone, or to co-express human eIF5A-1 with DHS or with both DHS and DOHH in Escherichia coli cells, to engineer recombinant proteins, unmodified eIF5A, deoxyhypusine- or hypusine-modified eIF5A. We have accomplished production of three different forms of recombinant eIF5A in high quantity and purity. The recombinant hypusine-modified eIF5A was as active in methionyl-puromycin synthesis as the native, eIF5A (hypusine form) purified from mammalian tissue. The recombinant eIF5A proteins will be useful tools in future structure/function and the mechanism studies in translation.

Structural modeling and mutational analysis of yeast eukaryotic translation initiation factor 5A reveal new critical residues and reinforce its involvement in protein synthesis

Eukaryotic translation initiation factor 5A (eIF5A) is a protein that is highly conserved and essential for cell viability. This factor is the only protein known to contain the unique and essential amino acid residue hypusine. This work focused on the structural and functional characterization of Saccharomyces cerevisiae eIF5A. The tertiary structure of yeast eIF5A was modeled based on the structure of its Leishmania mexicana homologue and this model was used to predict the structural localization of new site-directed and randomly generated mutations. Most of the 40 new mutants exhibited phenotypes that resulted from eIF-5A protein-folding defects. Our data provided evidence that the C-terminal alpha-helix present in yeast eIF5A is an essential structural element, whereas the eIF5A N-terminal 10 amino acid extension not present in archaeal eIF5A homologs, is not. Moreover, the mutants containing substitutions at or in the vicinity of the hypusine modification site displayed nonviable or temperature-sensitive phenotypes and were defective in hypusine modification. Interestingly, two of the temperature-sensitive strains produced stable mutant eIF5A proteins - eIF5A(K56A) and eIF5A(Q22H,L93F)- and showed defects in protein synthesis at the restrictive temperature. Our data revealed important structural features of eIF5A that are required for its vital role in cell viability and underscored an essential function of eIF5A in the translation step of gene expression.

Mutational analyses of human eIF5A-1-identification of amino acid residues critical for eIF5A activity and hypusine modification

The eukaryotic translation initiation factor 5A (eIF5A) is the only protein that contains hypusine [N-epsilon-(4-amino-2-hydroxybutyl)lysine], which is required for its activity. Hypusine is formed by post-translational modification of one specific lysine (Lys50 for human eIF5A) by deoxyhypusine synthase and deoxyhypusine hydroxylase. To investigate the features of eIF5A required for its activity, we generated 49 mutations in human eIF5A-1, with a single amino acid substitution at the highly conserved residues or with N-terminal or C-terminal truncations, and tested mutant proteins in complementing the growth of a Saccharomyces cerevisiae eIF5A null strain. Growth-supporting activity was abolished in only a few mutant eIF5As (K47D, G49A, K50A, K50D, K50I, K50R, G52A and K55A), with substitutions at or near the hypusine modification site or with truncation of 21 amino acids from either the N-terminus or C-terminus. The inactivity of the Lys50 substitution proteins is obviously due to lack of deoxyhypusine modification. In contrast, K47D and G49A were effective substrates for deoxyhypusine synthase, yet failed to support growth, suggesting critical roles of Lys47 and Gly49 in eIF5A activity, possibly in its interaction with effector(s). By use of a UBHY-R strain harboring genetically engineered unstable eIF5A, we present evidence for the primary function of eIF5A in protein synthesis. When selected eIF5A mutant proteins were tested for their activity in protein synthesis, a close correlation was observed between their ability to enhance protein synthesis and growth, lending further support for a central role of eIF5A in translation.