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)

Insights on eukaryotic translation initiation factor 5A (eIF5A) in the brain and aging

Long-term memory, a persistent form of synaptic plasticity, requires translation of a subset of mRNA present in neuronal dendrites during a short and critical period through a mechanism not yet fully elucidated. Western blotting analysis revealed a high content of eukaryotic translation initiation factor 5A (eIF5A) in the brain of neonatal rats, a period of intense neurogenesis rate, differentiation and synaptic establishment, when compared to adult rats. Immunohistochemistry analysis revealed that eIF5A is present in the whole brain of adult rats showing a variable content among the cells from different areas (e.g. cortex, hippocampus and cerebellum). A high content of eIF5A in the soma and dendrites of Purkinje cells, key neurons in the control of motor long-term memory in the cerebellum, was observed. Detection of high eIF5A content was revealed in dendritic varicosities of Purkinje cells. Evidence is presented herein that a reduction of eIF5A content is associated to brain aging. (C) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Involvement of Eukaryotic Translation Initiation Factor 5A (eIF5A) in Skeletal Muscle Stem Cell Differentiation

The eukaryotic translation initiation factor 5A (eIF5A) contains a special amino acid residue named hypusine that is required for its activity, being produced by a post-translational modification using spermidine as substrate. Stem cells from rat skeletal muscles (satellite cells) were submitted to differentiation and an increase of eIF5A gene expression was observed. Higher content of eIF5A protein was found in satellite cells on differentiation in comparison to non-differentiated satellite cells and skeletal muscle. The treatment with NI-guanyl- 1,7-diaminoheptane (GC7), a hypusination inhibitor, reversibly abolished the differentiation process. In association with the differentiation blockage, an increase of glucose consumption and lactate production and a decrease of glucose and palmitic acid oxidation were observed. A reduction in cell proliferation and protein synthesis was also observed. L-Arginine, a spermidine precursor and partial suppressor of muscle dystrophic phenotype, partially abolished the GC7 inhibitory effect on satellite cell differentiation. These results reveal a new physiological role for eIF5A and contribute to elucidate the molecular mechanisms involved in muscle regeneration.

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)

A Unique Modification of the Eukaryotic Initiation Factor 5A Shows the Presence of the Complete Hypusine Pathway in Leishmania donovani

Deoxyhypusine hydroxylase (DOHH) catalyzes the final step in the post-translational synthesis of an unusual amino acid hypusine (N-(sic)-(4-amino-2-hydroxybutyl) lysine), which is present on only one cellular protein, eukaryotic initiation factor 5A (eIF5A). We present here the molecular and structural basis of the function of DOHH from the protozoan parasite, Leishmania donovani, which causes visceral leishmaniasis. The L. donovani DOHH gene is 981 bp and encodes a putative polypeptide of 326 amino acids. DOHH is a HEAT-repeat protein with eight tandem repeats of alpha-helical pairs. Four conserved histidine-glutamate sequences have been identified that may act as metal coordination sites. A similar to 42 kDa recombinant protein with a His-tag was obtained by heterologous expression of DOHH in Escherichia coli. Purified recombinant DOHH effectively catalyzed the hydroxylation of the intermediate, eIF5A-deoxyhypusine (eIF5A-Dhp), in vitro. L. donovani DOHH (LdDOHH) showed similar to 40.6% sequence identity with its human homolog. The alignment of L. donovani DOHH with the human homolog shows that there are two significant insertions in the former, corresponding to the alignment positions 159-162 (four amino acid residues) and 174-183 (ten amino acid residues) which are present in the variable loop connecting the N- and C-terminal halves of the protein, the latter being present near the substrate binding site. Deletion of the ten-amino-acid-long insertion decreased LdDOHH activity to 14% of the wild type recombinant LdDOHH. Metal chelators like ciclopirox olamine (CPX) and mimosine significantly inhibited the growth of L. donovani and DOHH activity in vitro. These inhibitors were more effective against the parasite enzyme than the human enzyme. This report, for the first time, confirms the presence of a complete hypusine pathway in a kinetoplastid unlike eubacteria and archaea. The structural differences between the L. donovani DOHH and the human homolog may be exploited for structure based design of selective inhibitors against the parasite.

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.

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)