Functions of the translation factor eIF5A in cellular metabolism and transcriptional control
- Authors: Marina Barba Aliaga (Beca FPU Ministerio). Co-directora: Paula Alepuz Martínez. Co-director: José E. Pérez Ortín. (2023).
- Publication types: Tesi
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Abstract:
The eukaryotic translation initiation factor 5A (eIF5A) is an essential, evolutionarily conserved protein with functions in the three stages of translation. eIF5A is codified by two paralog genes, TIF51A/TIF51B and EIF5A1/EIF5A2 in yeast and human respectively. eIF5A is the only known protein containing hypusine, an essential modification for its activity. eIF5A binds ribosomes to facilitate translation of motifs with consecutive prolines or combinations of proline with glycine and charged amino acids. eIF5A has been linked to other molecular functions and cellular processes such as nuclear mRNA export, proliferation and apoptosis. Its association with the pathogenesis of several diseases including cancer is of interest. In this thesis we have used Saccharomyces cerevisiae and Mus Musculus to gain fundamental knowledge on the functions of eIF5A. Here, we identified and characterized two novel targets requiring eIF5A for translation, a new basic function for the factor and the molecular bases of the transcriptional regulation of the two eIF5A genes. Our results in yeast and mammalian cells proved that hypusinated eIF5A is needed for synthesis of mammalian collagen I as translation stalls at collagenic motifs, enriched in proline and glycine, under eIF5A deficiency. eIF5A inactivation reduced collagen I and led to the retention of partially synthesized collagen I in the endoplasmic reticulum and to stress. The collagen I overproduction in human hepatic stellate cells treated with the profibrotic cytokine TGF-ß1 was also dependent on eIF5A. The gene expression regulation of the two isoforms responded to the cellular energy demands and was found to be dependent on TORC1 and Hap1. Under respiratory conditions, Hap1 induced TIF51A through direct binding while indirectly repressed TIF51B. Conversely, when the respiration was compromised, Hap1 became a repressor to down-regulate TIF51A expression and up-regulate TIF51B. Our results demonstrated the essential role of the Tif51A isoform in the mitochondrial respiration. A novel mechanism connecting eIF5A activity with mitochondria functions was revealed. We showed that eIF5A is required for the translation of the proline-rich region of Tim50, an essential protein that specifically recognizes mitochondrial proteins and mediates their import into mitochondria. eIF5A inactivation inhibited mitochondrial protein import and caused precursors to aggregate and stress. Finally, a novel function of eIF5A was uncovered. eIF5A was found to participate in the transcriptional regulation of genes whose mRNAs require eIF5A for translation. Our findings proved the eIF5A binding to chromatin and its absence increases the transcription of specific genes encoding proteins with eIF5A-dependent motifs, suggesting a transcriptional repressor effect on its targets. Thus, our results indicated that eIF5A functions not only in translation but also in the control of mRNA synthesis to maintain protein homeostasis of its targets. En respuesta a las feromonas de la célula del tipo de apareamiento contrario, la ruta MAPK feromona de la levadura se activa para mediar una serie de cambios fisiológicos en preparación para el apareamiento, incluyendo reprogramación de la expresión génica, la detención del ciclo celular, la formación de una proyección sexual denomina ¿shmoo¿, y en última instancia fusión celular de los tipos de apareamiento contrario. El factor de traducción eIF5A, esencial y conservada evolutivamente, se han descrito recientemente que funciona en la traducción de proteínas que contienen residuos de prolina consecutivos a través de su unión a ribomosomas para aliviar ribosoma estancamiento durante la formación del enlace péptidico entre dos prolinas. La activación de eIF5A requiere la adición de una modificación única post-traduccional, un residuo hipusina, que se deriva de espermidina, un factor esencial para la fertilidad de los mamíferos y se requiere para el apareamiento de levadura. Aquí se investigó eIF5A como un regulador de la respuesta a la feromona a través de la traducción de proteínas poli-Pro con papeles en el apareamiento. En esta tesis, lo primero que demuestra es que en respuesta a la feromona se requiere eIF5A hipusinado para la formación del shmoo, localización de componentes de la polarisoma, la inducción de proteínas de fusión celular y montaje de los cables de actina durante el crecimiento polarizado. También mostramos que eIF5A se requiere para la traducción de Bni1, una formina rica en prolinas implicada en la polimerización de actina durante la formación del shmoo. Nuestros datos indican que la traducción de los motivos poliprolina en Bni1 es eIF5A-dependiente y esta dependencia se pierde debido a la deleción de las poliprolinas. Además, un aumento en los niveles de proteína exógena de Bni1 restaura parcialmente el defecto en la formación del shmoo visto en mutantes de eIF5A. En conclusión, nuestro trabajo ofrece varias observaciones interesantes sobre la respuesta celular de la levadura a los estímulos externos. En respuesta a estrés osmótico, hemos caracterizado los perfiles de interacción de proteínas de varios componentes de señalización de la vía de HOG y proporcionado más ideas en cómo se transduce con rapidez y eficacia de la señal. Por otra parte, hemos identificado Cbc1 como un regulador transcripcional de la respuesta al estrés osmótico para inducir expresiones altas y rapidas de los genes implicadas al estrés osmótico a través del reclutamiento de los factores transcriptionales y el PIC. Además, Cbc1 también tiene funciones más generales para mediar alta expresión génica en condiciones normales sin estrés. Por último, nuestros resultados identifican eIF5A como un nuevo regulador esencial de apareamiento de levadura mediante la traducción de las forminas. Dado que eIF5A y forminas rica en poli-prolinas se conservan a través de especies, nuestros resultados también sugieren que la traducción de las forminas, dependiente de eIF5A, podría regular el crecimiento polarizado en procesos tales como la fertilidad y el cáncer en eucariotas superiores.
- Doctorado Internacional, Programa de Doctorado en Biomedicina y Biotecnología con Mención de Calidad
- Calificación: Sobresaliente Cum laude
- Publicaciones: Barba-Aliaga et al., Int J Mol Sci. (2020), 22(1):219; Barba-Aliaga et al., Front Mol Biosci. (2021), 8:663209; Barba-Aliaga et al., J Cell Sci. (2021), 134(18):jcs258643; Barba-Aliaga et al., Int J Mol Sci. (2022), 23(3):1284. Barba-Aliaga et al., FEBS Lett. (2022) 596(14):1809-1826; Perez-Ortin et al., PLoS Genet. (2021), 17(4):e1009520; Arnau et al., PLoS One (2022);17(9):e0272878; J Cell Biol. (2024); 223(12):e202404094
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Biblioteca de Ciencias "Eduard Boscà", Universitat de València.