An inhibitor of HIV-1 protease modulates constitutive eIF2α dephosphorylation to trigger a specific integrated stress response.

Inhibitors of the HIV aspartyl protease [HIV protease inhibitors (HIV-PIs)] are the cornerstone of treatment for HIV. Beyond their well-defined antiretroviral activity, these drugs have additional effects that modulate cell viability and homeostasis. However, little is known about the virus-independent pathways engaged by these molecules. Here we show that the HIV-PI Nelfinavir decreases translation rates and promotes a transcriptional program characteristic of the integrated stress response (ISR). Mice treated with Nelfinavir display hallmarks of this stress response in the liver, including α subunit of translation initiation factor 2 (eIF2α) phosphorylation, activating transcription factor-4 (ATF4) induction, and increased expression of known downstream targets. Mechanistically, Nelfinavir-mediated ISR bypassed direct activation of the eIF2α stress kinases and instead relied on the inhibition of the constitutive eIF2α dephosphorylation and down-regulation of the phophatase cofactor CReP (Constitutive Repressor of eIF2α Phosphorylation; also known as PPP1R15B). These findings demonstrate that the modulation of eIF2α-specific phosphatase cofactor activity can be a rheostat of cellular homeostasis that initiates a functional ISR and suggest that the HIV-PIs could be repositioned as therapeutics in human diseases to modulate translation rates and stress responses.

Identification of eIF2Bγ and eIF2γ as cofactors of hepatitis C virus internal ribosome entry site-mediated translation using a functional genomics approach

The 5′-untranslated region of hepatitis C virus (HCV) is highly conserved, folds into a complex secondary structure, and functions as an internal ribosome entry site (IRES) to initiate translation of HCV proteins. We have developed a selection system based on a randomized hairpin ribozyme gene library to identify cellular factors involved in HCV IRES function. A retroviral vector ribozyme library with randomized target recognition sequences was introduced into HeLa cells, stably expressing a bicistronic construct encoding the hygromycin B phosphotransferase gene and the herpes simplex virus thymidine kinase gene (HSV-tk). Translation of the HSV-tk gene was mediated by the HCV IRES. Cells expressing ribozymes that inhibit HCV IRES-mediated translation of HSV-tk were selected via their resistance to both ganciclovir and hygromycin B. Two ribozymes reproducibly conferred the ganciclovir-resistant phenotype and were shown to inhibit IRES-mediated translation of HCV core protein but did not inhibit cap-dependent protein translation or cell growth. The functional targets of these ribozymes were identified as the gamma subunits of human eukaryotic initiation factors 2B (eIF2Bγ) and 2 (eIF2γ), respectively. The involvement of eIF2Bγ and eIF2γ in HCV IRES-mediated translation was further validated by ribozymes directed against additional sites within the mRNAs of these genes. In addition to leading to the identification of cellular IRES cofactors, ribozymes obtained from this cellular selection system could be directly used to specifically inhibit HCV viral translation, thereby facilitating the development of new antiviral strategies for HCV infection.

Role of heme regulated eIF2α kinase in pancreatic beta cell function and viability

The eukaryotic translation initiation factor 2 alpha (eIF2α) is part of the initiation complex that drives the initiator amino acid methionine to the ribosome, a crucial step in protein translation. In stress conditions such as virus infection, endoplasmic reticulum (ER) stress, amino acid or heme deficiency eIF2α can be phosphorylated and thereby inhibit global protein synthesis. This adaptive mechanism prevents protein accumulation and consequent cytotoxic effects. Heme-regulated eIF2α kinase (HRI) is a member of the eIF2α kinase family that regulates protein translation in heme deficiency conditions. Although present in all tissues, HRI is predominantly expressed in erythroid cells where it remains inactive in the presence of normal heme concentrations. In response to heme deficiency, HRI is activated and phosphorylates eIF2α decreasing globin synthesis. This mechanism is important to prevent accumulation of heme-free globin chains which cause ER stress and apoptosis. RNA sequencing data from our group showed that in human islets and in primary rat beta cells HRI is the most expressed eIF2α kinase compared to the other family members. Despite its high expression levels, little is known about HRI function in beta cells. The aim of this project is to identify the role of HRI in pancreatic beta cells. This was investigated taking a loss-of-function approach. HRI knock down (KD) by RNA interference induced beta cell apoptosis in basal condition. HRI KD potentiated the apoptotic effects of palmitate or proinflammatory cytokines, two in vitro models for type 2 and type 1 diabetes, respectively. Increased cytokine-induced apoptosis was also observed in HRI-deficient primary rat beta cells. Unexpectedly, we observed a mild increase in eIF2α phosphorylation in HRI-deficient cells. The levels of mRNA or protein expression of C/EBP homologous protein (CHOP) and activating transcription factor 4 (ATF4) were not modified. HRI KD cells have decreased spliced X-box binding protein 1 (XBP1s), an important branch of the ER stress response. However, overexpression of XBP1s by adenovirus in HRI KD cells did not protect from HRI siRNA-induced apoptosis. HRI deficiency decreased phosphorylation of Akt and its downstream targets glycogen synthase kinase 3 (GSK3), forkhead box protein O1 (FOXO1) and Bcl-2-associated death promoter (BAD). Overexpression of a constitutively active form of Akt by adenovirus in HRI-deficient beta cells partially decreased HRI KD-mediated apoptosis. Interestingly, BAD silencing protected from apoptosis caused by HRI deficiency. HRI silencing in beta cells also induced JNK activation. These results suggest an important role of HRI in beta cell survival through modulation of the Akt/BAD pathway. Thus, HRI may be an interesting target to modulate beta cell fate in diabetic conditions.

Endurance exercise training ameliorates insulin resistance and reticulum stress in adipose and hepatic tissue in obese rats

Obesity-induced endoplasmatic reticulum (ER) stress has been demonstrated to underlie the induction of obesity-induced JNK and NF-kappa B activation inflammatory responses, and generation of peripheral insulin resistance. On the other hand, exercise has been used as a crucial tool in obese and diabetic patients, and may reduce inflammatory pathway stimulation. However, the ability of exercise training to reverse endoplasmatic reticulum stress in adipose and hepatic tissue in obesity has not been investigated in the literature. Here, we demonstrate that exercise training ameliorates ER stress and insulin resistance in DIO-induced rats. Rats were fed with standard rodent chow (3,948 kcal kg(-1)) or high-fat diet (5,358 kcal kg(-1)) for 2 months. After that rats were submitted to swimming training (1 h per day, 5 days for week with 5% overload of the body weight for 8 weeks). Samples from epididymal fat and liver were obtained and western blot analysis was performed. Our results showed that swimming protocol reduces pro-inflammatory molecules (JNK, I kappa B and NF-kappa B) in adipose and hepatic tissues. In addition, exercise leads to reduction in ER stress, by reducing PERK and eIF2 alpha phosphorylation in these tissues. In parallel, an increase in insulin pathway signaling was observed, as confirmed by increases in IR, IRSs and Akt phosphorylation following exercise training in DIO rats. Thus, results suggest that exercise can reduce ER stress, improving insulin resistance in adipose and hepatic tissue.

Mecanismo de interacción, calcio dependiente, entre Calcineurina y PERK, involucrado en el Estrés de Retículo Endoplásmico. Ca2+ -dependent mechanism of interaction between Calcineurin and PERK involved in Endoplasmic Reticulum Stress.

El Estrés de Retículo Endoplásmico (RE) es inducido por la acumulación de proteínas sin plegar en el lumen de la organela. Esto se puede observar en diversas situaciones fisio-patológicas como durante una infección viral o en proceso isquémico. Además, contribuye a la base molecular de numerosas enfermedades ya sea índole metabólico (Fibrosis quística o Diabetes Miellitus) o neurodegenerativas como mal de Alzheimer o Parkinson (Mutat Res, 2005, 569). Para restablecer la homeostasis en la organela se activa una señal de transducción (UPR), cuya respuesta inmediata es la atenuación de la síntesis de proteína debido a la fosforilación de subunidad alpha del factor eucariótico de iniciación de translación (eIF2α) vía PERK. Esta es una proteína de membrana de RE que detecta estrés. Bajo condiciones normales, PERK está inactiva debido a la asociación de su dominio luminar con la chaperona BIP (Nat Cell Biol, 2000, 2: 326). Frente a una situación de estrés, la chaperona se disocia causando desinhibición. Recientemente, (Plos One 5: e11925) se observó, bajo condiciones de estrés, un aumento de Ca2+ citosólico y un rápido incremento de la expresión de calcineurina (CN), una fosfatasa citosólica dependiente de calcio, heterodimérica formada por una subunidad catalítica (CN-A) y una regulatoria (CN-B). Además, CN interacciona, sin intermediarios, con el dominio citosólico de PERK favoreciendo su trans-autofosforilación. Resultados preliminares indican que, astrocitos CNAβ-/- exhibieron, en condiciones basales, un mayor número de células muertas y de niveles de eIF2α fosforilado que los astrocitos CNAα-/-. Hipótesis: CNAβ/B interacciona con PERK cuando el Ca2+ citosólico esta incrementado luego de haberse inducido Estrés de RE, lo cual promueve dimerización y auto-fosforilación de la quinasa, acentuándose así la fosforilación de eIF2α e inhibición de la síntesis de proteínas. Esta activación citosólica de PERK colaboraría con la ya descrita, desinhibición luminal llevada cabo por BIP. Cuando el Ca2+ citosólico retorna a los niveles basales, PERK fosforila a CN, reduciendo su afinidad de unión y disociándose el complejo CN/PERK. Objetivo general: Definir las condiciones por las cuales CN interacciona con PERK y regula la fosforilación de eIF2α e inhibición de la síntesis de proteína. Objetivos específicos: I-Estudiar la diferencia de afinidades y dependencia de Ca2+, de las dos isoformas de CN (α y β) en su asociación con PERK. Además verificar la posible participación de la subunidad B de CN en esta interacción. II-Determinar si la auto-fosforilación de PERK es diferencialmente regulada por las dos isoformas de CN. III-Discernir la relación del estado de fosforilación de CN con su unión a PERK. IV-Determinar efectos fisiológicos de la interacción de CN-PERK durante la respuesta de Estrés de RE. Para llevar a cabo este proyecto se realizarán experimentos de biología molecular, interacción proteína-proteína, ensayos de fosforilación in vitro y un perfil de polisoma con astrocitos CNAβ-/- , CNA-/- y astrocitos controles. Se espera encontrar una mayor afinidad de unión a PERK de la isoforma β de CN y en condiciones donde la concentración de Ca2+ sea del orden micromolar e imite niveles del ión durante un estrés. Con respecto al estado de fosforilación de CN, debido a los resultados preliminares, donde solo se la encontró fosforilada en condiciones basales, se piensa que CN podría interactuar con mayor afinidad con PERK cuando CN se encuentre desfosforilada. Por último, se espera encontrar un aumento de eIF2α fosforilado y una acentuación de la atenuación de la síntesis de proteína como consecuencia de la mayor activación de PERK por su asociación con la isoforma β de CN en astrocitos donde el Estrés de RE se indujo por privación de oxigeno y glucosa. Estos experimentos permitirán avanzar en el estudio de una nueva función citoprotectora de CN recientemente descrita por nuestro grupo de trabajo y sus implicancias en un modelo de isquemia. The accumulation of unfolded proteins into the Endoplasmic Reticulum (ER) activates a signal transduction cascade called Unfolding Protein Response (UPR), which attempts to restore homeostasis in the organelle. (PKR)-like-ER kinase (PERK) is an early stress response transmembrane protein that is generally inactive due to its association with the chaperone BIP. During ER stress, BIP is tritrated by the unfolded protein, leading PERK activation and phosphorylation of eukaryotic initiation factor-2 alpha (eIF2alpha), which attenuates protein síntesis. If ER damage is too great and homeostasis is not restored within a certain period of time, an apoptotic response is elicited. We recently demonstrated a cytosolic Ca2+ increase in Xenopus oocytes after induce ER stress. Moreover, calcineurin A/B, a an heterotrimeric Ca2+ dependent phosphatases (CN-A/B), associates with PERK increasing its auto-phosphorylation and significantly enhancing cell viability. Preliminary results suggest that, CN-Aβ-/- knockout astrocytes exhibit a significant higher eIF2α phosphorylated level compared to CN-Aα-/- astrocytes. Our working hypothesis establishes that: CN binds to PERK when cytosolic Ca2+ is initially increased by ER stress, promoting dimerization and autophosphorylation, which leads to phosphorylation of elF2α and subsequently attenuation of protein translation. When cytosolic Ca2+ returns to resting levels, PERK phosphorylates CN, reducing its binding affinity so that the CN/PERK complex dissociates. The goal of this project is to determine the conditions by which CN binding to PERK attenuates protein translation during the ER stress response and subsequently, to determine how the interaction of CN with PERK is terminated when stress is removed. To perform this project is planed to do molecular biology experiments, pull down assays, in vitro phosphorylations and assess overall mRNA translation efficiency doing a polisome profile.

Understanding mechanisms and the role of differentiation in pathogenesis of Toxoplasma gondii: a review

Parasite differentiation from proliferating tachyzoites into latent bradyzoites is central to pathogenesis and transmission of the intracellular protozoan pathogen Toxoplasma gondii. The presence of bradyzoite-containing cysts in human hosts and their subsequent rupture can cause life-threatening recrudescence of acute infection in the immunocompromised and cyst formation in other animals contributes to zoonotic transmission and widespread dissemination of the parasite. In this review, we discuss the evidence showing how the clinically relevant process of bradyzoite differentiation is regulated at both transcriptional and post-transcriptional levels. Specific regulatory factors implicated in modulating bradyzoite differentiation include promoter-based cis-elements, epigenetic modifications and protein translation control through eukaryotic initiation factor -2 (eIF2). In addition to a summary of the current state of knowledge in these areas we discuss the pharmacological ramifications and pose some questions for future research.

Regulation of protein synthesis and the role of eIF3 in cancer

Maintenance of cell homeostasis and regulation of cell proliferation depend importantly on regulating the process of protein synthesis. Many disease states arise when disregulation of protein synthesis occurs. This review focuses on mechanisms of translational control and how disregulation results in cell malignancy. Most translational controls occur during the initiation phase of protein synthesis, with the initiation factors being the major target of regulation through their phosphorylation. In particular, the recruitment of mRNAs through the m7G-cap structure and the binding of the initiator methionyl-tRNAi are frequent targets. However, translation, especially of specific mRNAs, may also be regulated by sequestration into processing bodies or stress granules, by trans-acting proteins or by microRNAs. When the process of protein synthesis is hyper-activated, weak mRNAs are translated relatively more efficiently, leading to an imbalance of cellular proteins that promotes cell proliferation and malignant transformation. This occurs, for example, when the cap-binding protein, eIF4E, is overexpressed, or when the methionyl-tRNAi-binding factor, eIF2, is too active. In addition, enhanced activity of eIF3 contributes to oncogenesis. The importance of the translation initiation factors as regulators of protein synthesis and cell proliferation makes them potential therapeutic targets for the treatment of cancer.

Mécanismes traductionnels impliqués dans la potentialisation à long-terme de la transmission synaptique des cellules pyramidales de l’hippocampe chez le rongeur.

La mémoire et l’apprentissage sont des phénomènes complexes dont on ne comprend pas encore bien l’origine au niveau cellulaire et moléculaire. Cependant, il est largement admis que des changements plus simples au niveau synaptique, tels que la potentialisation à long-terme (long-term potentiation ou LTP) pourraient constituer la base cellulaire de la formation des nouveaux souvenirs. Ces mécanismes sont couramment étudiés au niveau de l’hippocampe, une région du lobe temporal reconnue comme étant nécessaire à la formation de la mémoire explicite chez les mammifères. La LTP est classiquement définie comme un renforcement durable de l’efficacité de connexions synaptiques ayant été stimulées de façon répétée et soutenue. De plus, on peut distinguer deux formes de LTP: une LTP précoce, qui repose sur la modification de protéines déjà formées, et une LTP tardive, qui requiert, elle, la synthèse de nouvelles protéines. Cependant, bien que de nombreuses études se soient intéressées au rôle de la traduction pour la maintenance de la LTP, les mécanismes couplant l’activité synaptique à la machinerie de synthèse protéique, de même que l’identité des protéines requises sont encore peu connus. Dans cette optique, cette thèse de doctorat s’est intéressée aux interactions entre l’activité synaptique et la régulation de la traduction. Il est par ailleurs reconnu que la régulation de la traduction des ARNm eukaryotiques se fait principalement au niveau de l’initiation. Nous avons donc étudié la modulation de deux voies majeures pour la régulation de la traduction au cours de la LTP : la voie GCN2/eIF2α et la voie mTOR. Ainsi, nos travaux ont tout d’abord démontré que la régulation de la voie GCN2/eIF2α et de la formation du complexe ternaire sont nécessaires à la maintenance de la plasticité synaptique et de la mémoire à long-terme. En effet, l’activité synaptique régule la phosphorylation de GCN2 et d’eIF2α, ce qui permet de moduler les niveaux du facteur de transcription ATF4. Celui-ci régule à son tour la transcription CREB-dépendante et permet ainsi de contrôler les niveaux d’expression génique et la synthèse de protéines nécessaires pour la stabilisation à long-terme des modifications synaptiques. De plus, la régulation de la voie mTOR et de la traduction spécifique des ARNm 5’TOP semble également jouer un rôle important pour la plasticité synaptique à long-terme. La modulation de cette cascade par l’activité synaptique augmente en effet spécifiquement la capacité de traduction des synapses activées, ce qui leur permet de traduire et d’incorporer les protéines nécessaires au renforcement durable des synapses. De telles recherches permettront sans doute de mieux comprendre la régulation des mécanismes traductionnels par l’activité synaptique, ainsi que leur importance pour la maintenance de la potentialisation à long-terme et de la mémoire à long-terme.

Influence de l'initiation de la traduction sur le changement programmé du cadre de lecture en -1 responsable de la synthèse des enzymes du virus de l’immunodéficience humaine de type 1

Le virus de l’immunodéficience humaine de type 1 (VIH-1) est responsable du syndrome de l’immunodéficience acquise (SIDA). Il faut identifier de nouvelles cibles pour le développement d’agents anti-VIH-1, car ce virus développe une résistance aux agents présentement utilisés. Notre but est d’approfondir la caractérisation de l’étape du changement de cadre de lecture ribosomique en -1 (déphasage -1) nécessaire à la production du précurseur des enzymes du VIH-1. Ce déphasage est programmé et effectué par une minorité de ribosomes lorsqu’ils traduisent la séquence dite glissante à un endroit spécifique de l’ARN messager (ARNm) pleine-longueur du VIH-1. L’efficacité de déphasage est contrôlée par le signal stimulateur de déphasage (SSF), une tige-boucle irrégulière située en aval de la séquence glissante. La structure du SSF est déroulée lors du passage d’un ribosome, mais elle peut se reformer ensuite. Nous avons montré que des variations de l’initiation de la traduction affectent l’efficacité de déphasage. Nous avons utilisé, dans des cellules Jurkat-T et HEK 293T, un rapporteur bicistronique où les gènes codant pour les luciférases de la Renilla (Rluc) et de la luciole (Fluc) sont séparés par la région de déphasage du VIH-1. La Rluc est produite par tous les ribosomes traduisant l’ARNm rapporteur alors que la Fluc est produite uniquement par les ribosomes effectuant un déphasage. L’initiation de ce rapporteur est coiffe-dépendante, comme pour la majorité des ARNm cellulaires. Nous avons examiné l’effet de trois inhibiteurs de l’initiation et montré que leur présence augmente l’efficacité de déphasage. Nous avons ensuite étudié l’effet de la tige-boucle TAR, qui est présente à l’extrémité 5’ de tous les ARNm du VIH-1. TAR empêche la liaison de la petite sous-unité du ribosome (40S) à l’ARNm et module aussi l’activité de la protéine kinase dépendante de l’ARN double-brin (PKR). L’activation de PKR inhibe l’initiation en phosphorylant le facteur d’initiation eucaryote 2 (eIF2) alors que l’inhibition de PKR a l’effet inverse. Nous avons étudié l’effet de TAR sur la traduction et le déphasage via son effet sur PKR en utilisant TAR en trans ou en cis, mais à une certaine distance de l’extrémité 5’ afin d’éviter l’interférence avec la liaison de la 40S. Nous avons observé qu’une faible concentration de TAR, qui active PKR, augmente l’efficacité de déphasage alors qu’une concentration élevée de TAR, qui inhibe PKR, diminue cette efficacité. Nous avons proposé un modèle où des variations de l’initiation affectent l’efficacité de déphasage en modifiant la distance entre les ribosomes parcourant l’ARNm et, donc, la probabilité qu’ils rencontrent un SSF structuré. Par la suite, nous avons déterminé l’effet de la région 5’ non traduite (UTR) de l’ARNm pleine-longueur du VIH-1 sur l’efficacité de déphasage. Cette 5’UTR contient plusieurs régions structurées, dont TAR à l’extrémité 5’, qui peut interférer avec l’initiation. Cet ARNm a une coiffe permettant une initiation coiffe-dépendante ainsi qu’un site d’entrée interne des ribosomes (IRES), permettant une initiation IRES-dépendante. Nous avons introduit cette 5’UTR, complète ou en partie, comme 5’UTR de notre ARNm rapporteur bicistronique. Nos résultats démontrent que cette 5’UTR complète inhibe l’initiation coiffe dépendante et augmente l’efficacité de déphasage et que ces effets sont dus à la présence de TAR suivie de la tige-boucle Poly(A). Nous avons aussi construit un rapporteur tricistronique où les ribosomes exprimant les luciférases utilisent obligatoirement l’IRES. Nous avons observé que cette initiation par l’IRES est faible et que l’efficacité de déphasage correspondante est également faible. Nous avons formulé une hypothèse pour expliquer cette situation. Nous avons également observé que lorsque les deux modes d’initiation sont disponibles, l’initiation coiffe dépendante est prédominante. Finalement, nous avons étudié l’effet de la protéine virale Tat sur l’initiation de la traduction et sur l’efficacité de déphasage. Nous avons montré qu’elle augmente l’initiation de la traduction et que son effet est plus prononcé lorsque TAR est située à l’extrémité 5’ des ARNm. Nous proposons un modèle expliquant les effets de Tat sur l’initiation de la traduction par l’inhibition de PKR ainsi que par des changements de l’expression de protéines cellulaires déroulant TAR. Ces résultats permettent de mieux comprendre les mécanismes régissant le déphasage du VIH-1, ce qui est essentiel pour le développement d’agents anti-déphasage.

Étude de la traduction IRES-dépendante du VIH-1

Le virus de l’immunodéficience humaine de type 1 (VIH-1) est responsable de la pandémie du SIDA (syndrome de l’immunodéficience acquise). Des souches virales résistantes aux antirétroviraux actuellement utilisés apparaissent rapidement. Il est donc important d’identifier de nouvelles cibles dans le cycle de réplication du VIH-1 pour développer de nouveaux agents contre ce virus. La traduction des protéines de structure et des enzymes du VIH-1 est une étape essentielle du cycle de réplication virale. Ces protéines sont exprimées à partir de l’ARN messager (ARNm) pleine-longueur (ARNmPL) à la fin du cycle de réplication. L’ARNmPL du VIH-1 peut utiliser un mode d’initiation de la traduction coiffe-dépendant, comme la majorité des ARNm cellulaires, mais peut aussi utiliser un mode d’initiation alternatif, car sa région 5’ non-traduite (5’UTR) contient un site interne d’entrée du ribosome (IRES), ce qui lui permet d’initier la traduction suivant un mode IRES-dépendant. L’initiation IRES-dépendante permet à l’ARNmPL d’être traduit quand l’initiation coiffe-dépendante est inhibée. L’activité de l’IRES de la région 5’UTR de l’ARNmPL du VIH-1 (IRES5’UTR) est faible dans des conditions physiologiques, mais est stimulée lorsque la cellule est arrêtée à la transition G2/M du cycle cellulaire, un arrêt qu’induit l’infection par le VIH-1. Une grande portion de l’IRES5’UTR, que nous nommons IRES5’UTRc, est présente dans tous les ARNm viraux et a une activité semblable à celle de l’ IRES5’UTR, ce qui indique que le mode IRES-dépendant peut être utilisé par tous les messagers du VIH-1. Lors de mes études doctorales, j’ai caractérisé le fonctionnement de l’IRES5’UTR du VIH-1. J’ai transfecté des cellules lymphocytaires Jurkat T, dérivées des cibles naturelles du VIH-1, avec un vecteur dual-luciférase contenant les séquences codantes des luciférases de la Renilla (Rluc) et de la luciole (Fluc) séparées par la région 5’UTR de l’ARNmPL du VIH-1. La traduction de la Rluc est coiffe-dépendante alors que celle de la Fluc dépend de l’IRES5’UTR. J’ai d’abord effectué une analyse mutationnelle et j’ai identifié trois régions qui stimulent l’activité de l’IRES5’UTR et une tige-boucle qui réprime l’activité de cet IRES, que j’ai nommée IRENE (IRES negative element). J’ai montré que l’effet répresseur d’IRENE est aboli lorsque les cellules sont soumises à un stress oxydatif, un type de stress induit lors d’une infection par le VIH-1. Nous proposons que IRENE maintiendrait l’IRES5’UTR dans une conformation peu active dans des conditions physiologiques. On sait que les IRES sont activés par divers facteurs cellulaires, appelés ITAF (IRES trans-acting factors). Nous proposons que l’IRES5’UTR adopterait une conformation active suite à la liaison d’un ITAF exprimé ou relocalisé lors d’un stress oxydatif. Ces travaux ont fait l’objet d’une publication (Gendron et al., 2011, Nucleic Acids Research, 39, 902-912). J’ai ensuite étudié l’effet de la protéine virale Tat sur l’activité de l’IRES5’UTR. En plus de son rôle essentiel dans la transactivation de la transcription des ARNm viraux, Tat stimule leur traduction coiffe-dépendante, en empêchant l’inhibition d’un facteur d’initiation canonique, eIF2, induite par la protéine kinase modulée par l’ARN double-brin (PKR) et en déroulant la structure TAR présente à l’extrémité 5’ de tous les ARNm du VIH-1. Elle affecte aussi l’expression de plusieurs gènes cellulaires. J’ai montré que les isoformes Tat86 et Tat72, mais non Tat101, stimulent l’activité de l’IRES5’UTR. Cet effet est indépendant de PKR et de TAR, mais dépendrait de la conformation de Tat. Nous proposons que Tat activerait un facteur de transcription cellulaire qui déclenche l’expression d’un ITAF de l’IRES5’UTR ou encore qu’elle activerait directement un tel ITAF. J’ai de plus montré que PKR stimule l’activité de l’IRES5’UTR, ce qui est surprenant puisque PKR est une protéine antivirale. Cet effet est indépendant de l’inhibition d’eIF2 par PKR et pourrait résulter de l’activation d’un ITAF. Sachant qu’une portion active de l’IRES5’UTR, IRES5’UTRc, est présente dans tous les ARNm viraux, notre hypothèse est que la stimulation de cet IRES par PKR permettait de traduire l’ARNm de Tat au début du cycle de réplication, ce qui permettrait ensuite la traduction coiffe-dépendante des ARNm du VIH-1, qui est stimulée par Tat. Ces travaux font l’objet d’un manuscrit (Gendron et al., soumis à RNA). Mes résultats, couplés aux données de la littérature, me conduisent à la conclusion que, à la fin du cycle de réplication du VIH-1, l’activité de l’IRES5’UTR est stimulée par le stress oxydatif, l’arrêt en G2/M et la présence de quantités élevées de Tat, alors que la traduction coiffe-dépendante est compromise. L’initiation IRES-dépendante serait alors indispensable pour que le VIH-1 traduise l’ARNmPL. L’IRES5’UTR constituerait donc une cible très intéressante pour développer des agents anti-VIH.

Roles of the translationally controlled tumour protein (TCTP) and the double-stranded RNA-dependent protein kinase, PKR, in cellular stress responses

Translationally controlled tumour protein (TCTP) is a highly conserved protein present in all eukaryotic organisms. Various cellular functions and molecular interactions have been ascribed to this protein, many related to its growth-promoting and antiapoptotic properties. TCTP levels are highly regulated in response to various cellular stimuli and stresses. We have shown recently that the double-stranded RNA-dependent protein kinase, PKR, is involved in translational regulation of TCTP. Here we extend these studies by demonstrating that TCTP is downregulated in response to various proapoptotic treatments, in particular agents that induce Ca++ stress, in a PKR-dependent manner. This regulation requires phosphorylation of protein synthesis factor eIF2α. Since TCTP has been characterized as an antiapoptotic and Ca++-binding protein, we asked whether it is involved in protecting cells from Ca++-stress-induced apoptosis. Overexpression of TCTP partially protects cells against thapsigargin-induced apoptosis, as measured using caspase-3 activation assays, a nuclear fragmentation assay, using fluorescence-activated cell sorting analysis, and time-lapse video microscopy. TCTP also protects cells against the proapoptotic effects of tunicamycin and etoposide, but not against those of arsenite. Our results imply that cellular TCTP levels influence sensitivity to apoptosis and that PKR may exert its proapoptotic effects at least in part through downregulation of TCTP via eIF2α phosphorylation.

UPR induces transient burst of apoptosis in islets of early lactating rats through reduced AKT phosphorylation via ATF4/CHOP stimulation of TRB3 expression

Bromati CR, Lellis-Santos C, Yamanaka TS, Nogueira TC, Leonelli M, Caperuto LC, Gorjao R, Leite AR, Anhe GF, Bordin S. UPR induces transient burst of apoptosis in islets of early lactating rats through reduced AKT phosphorylation via ATF4/CHOP stimulation of TRB3 expression. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol 300: R92-R100, 2011. First published November 10, 2010; doi:10.1152/ajpregu.00169.2010.-Endocrine pancreas from pregnant rats undergoes several adaptations that comprise increase in beta-cell number, mass and insulin secretion, and reduction of apoptosis. Lactogens are the main hormones that account for these changes. Maternal pancreas, however, returns to a nonpregnant state just after the delivery. The precise mechanism by which this reversal occurs is not settled but, in spite of high lactogen levels, a transient increase in apoptosis was already reported as early as the 3rd day of lactation (L3). Our results revealed that maternal islets displayed a transient increase in DNA fragmentation at L3, in parallel with decreased RAC-alpha serine/threonine-protein kinase (AKT) phosphorylation (pAKT), a known prosurvival kinase. Wortmannin completely abolished the prosurvival action of prolactin (PRL) in cultured islets. Decreased pAKT in L3-islets correlated with increased Tribble 3 (TRB3) expression, a pseudokinase inhibitor of AKT. PERK and eIF2 alpha phosphorylation transiently increased in islets from rats at the first day after delivery, followed by an increase in immunoglobulin heavy chain-binding protein (BiP), activating transcription factor 4 (ATF4), and C/EBP homologous protein (CHOP) in islets from L3 rats. Chromatin immunoprecipitation (ChIP) and Re-ChIP experiments further confirmed increased binding of the heterodimer ATF4/CHOP to the TRB3 promoter in L3 islets. Treatment with PBA, a chemical chaperone that inhibits UPR, restored pAKT levels and inhibited the increase in apoptosis found in L3. Moreover, PBA reduced CHOP and TRB3 levels in beta-cell from L3 rats. Altogether, our study collects compelling evidence that UPR underlies the physiological and transient increase in beta-cell apoptosis after delivery. The UPR is likely to counteract prosurvival actions of PRL by reducing pAKT through ATF4/CHOP-induced TRB3 expression.

Conserved sequences in the β subunit of archaeal and eukaryal translation initiation factor 2 (elF2), absent from elF5, mediate interaction with elF2γ

The eukaryotic translation initiation factor 2 (eIF2) binds the methionyl-initiator tRNA in a GTP-dependent mode. This complex associates with the 40 S ribosomal particle, which then, with the aid of other factors, binds to the 5' end of the mRNA and migrates to the first AUG codon, where eIF5 promotes GTP hydrolysis, followed by the formation of the 80 S ribosome. Here we provide a comparative sequence analysis of the β subunit of eIF2 and its archaeal counterpart (aIF2β). aIF2β differs from eIF2β in not possessing an N-terminal extension implicated in binding RNA, eIF5 and eIF2B. The remaining sequences are highly conserved, and are shared with eIF5. Previously isolated mutations in the yeast eIF2β, which allow initiation of translation at UUG codons due to the uncovering of an intrinsic GTPase activity in eIF2, involve residues that are conserved in aIF2β, but not in eIF5. We show that the sequence of eIF2B homologous to aIF2β is sufficient for binding eIF2γ, the only subunit with which it interacts, and comprises, at the most, 78 residues, eIF5 does not interact with eIF2γ, despite its similarity with eIF2β, probably because of a gap in homology in this region. These observations have implications for the evolution of the mechanism of translation initiation.

Leucine-rich diet alters the eukaryotic translation initiation factors expression in skeletal muscle of tumour-bearing rats

Background: Cancer-cachexia induces a variety of metabolic disorders on protein turnorver, decreasing protein synthesis and increasing protein degradation. Controversly, insulin, other hormones, and branched-chain amino acids, especially leucine, stimulate protein synthesis and modulate the activity of translation initiation factors involved in protein synthesis. Since the tumour effects are more pronounced when associated with pregnancy, ehancing muscle-wasting proteolysis, in this study, the influence of a leucine-rich diet on the protein synthesis caused by cancer were investigated. Methods: Pregnant rats with or without Walker 256 tumour were distributed into six groups. During 20 days of experiment, three groups were fed with a control diet: C - pregnant control, W - tumour-bearing, and P - pair-fed, which received the same amount of food as ingested by the W group; three other groups of pregnant rats were fed a leucine-rich diet: L - pregnant leucine, WL - tumour-bearing, and PL - pair-fed, which received the same amount of food as ingested by the WL group. Results: The gastrocnemius muscle of WL rats showed increased incorporation of leucine in protein compared to W rats; the leucine-rich diet also prevented the decrease in plasma insulin normally seen in W. The expression of translation initiation factors increased when tumour-bearing rats fed leucine-rich diet, with increase of ∼35% for eIF2α and eIF5, ∼17% for eIF4E and 20% for eIF4G; the expression of protein kinase S6K1 and protein kinase C was also highly enhanced. Conclusion: The results suggest that a leucine-rich diet increased the protein synthesis in skeletal muscle in tumour-bearing rats possibly through the activation of eIF factors and/or the S6kinase pathway. © 2007 Ventrucci et al; licensee BioMed Central Ltd.

Efeitos do treinamento físico aeróbio sobre o processo inflamatório e apoptótico em neurônios hipotalâmicos de controle da fome em camundongos obesos induzidos por dieta hiperlipídica

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