Rwol Ta 'EIF5A fil-Funzjoni Mitokondrijali Parti 2

Jekk jogħġbok ikkuntattjaoscar.xiao@wecistanche.comgħal aktar informazzjoni

4. Rabtiet bejn elF5A u l-Funzjoni Mitokondrijali

Kien ilu żmien twil evidenza ta 'konnessjonijiet bejn elF5A, l-enzimi ta' hyphenation tiegħu, u s-substrat ta 'saffizzjoni spermidine, u l-funzjoni mitokondrijali, iżda s-somma tad-dejta kollha għadha tipprovdi stampa li mhix kompletament ċara u kultant tidher kontradittorja. Min-naħa waħda, rapporti differenti ddokumentaw li kemm difett fi kif ukoll eċċess ta 'elfF5A joħolqu effetti ta' ħsara fuq il-funzjoni mitokondrijali. Pereżempju, fiċ-ċelloli tal-muskoli tal-qalb tal-firien, l-espressjoni żejda ta 'elF5A indotta mill-aġent antitumorali doxorubicin irriżulta f'żieda gradwali fl-ROS u żieda fil-Ca2 flimkien ma' influss fil-mitokondrija [54]. Dawn il-bidliet ikkorrelataw ma 'telf ta' potenzjal transmembrana mitokondrijali u l-induzzjoni ta 'apoptożi, filwaqt li t-tfixkil tal-espressjoni EIF5A1 naqqas l-apoptożi. Dawn ir-riżultati kienu jaqblu tajjeb mar-riżultati rrappurtati minn Sun et al.(2010)[124], li nkisbu f’ċelloli umani li fihom l-espressjoni żejda ta’ EIF5A1 kienet stimulata minn infezzjoni virali, iżda wkoll l-espressjoni żejda ta’ mutant EIF5A1 li ma jistax jiġi saffi. indotta mewt taċ-ċelluli apoptotiċi permezz tal-mogħdija mitokondrijali intrinsika. Iż-żieda fil-livelli ta 'EIF5A1 ikkawżat telf ta' potenzjal tal-membrana mitokondrijali u rriżultat fit-traslokazzjoni tal-limfoma taċ-ċelluli B tal-markatur apoptotiku 2-proteina X(Bax)assoċjata mal-mitokondrija, ir-rilaxx ta 'ċitokromu ċ, u attivazzjoni ta' caspase. Aspett interessanti ieħor ta 'dan l-istudju kien li analiżi proteomika ta' ċelloli HeLa b'espressjoni żejda eIE5A wriet ir-regolazzjoni 'l fuq tal-proteini mitokondrijali [124]. Għalhekk, f'dawn l-istudji, id-disregolazzjoni tal-livelli ta 'proteina hyp-eIF5A u elF5A mhux hyphenated ipprovoka disfunzjoni mitokondrijali u apoptożi.

Jekk jogħġbok ikklikkja hawn biex tkun taf aktar

Fil-każ tal-ħmira, kif imsemmi hawn fuq, ġie identifikat kmieni li l-isoforma elF5A kodifikata mill-ġene S.cerevisiae TIF51A hija meħtieġa għat-tkabbir fil-preżenza ta 'ossiġnu, filwaqt li l-isoforma kodifikata mill-ġene TIF51B hija indotta f'kundizzjonijiet iposiċi [1]. Tabilħaqq, tnaqqis fil-proteina Tif51A jikkawża li r-rata ta 'respirazzjoni mitokondrijali tonqos [107]. Fil-ħmira tal-fissjoni Schizosaccharomyces pombe, mutazzjoni puntwali fil-ġene DOHH (kodifikat mill-ġene MMD1) tikkawża tkabbir sensittiv għat-temperatura u difetti fil-morfoloġija u d-distribuzzjoni mitokondrijali. F'temperatura mhux permissiva, mikrotubuli, li jimmedjaw il-pożizzjonament mitokondrijali, juru organizzazzjoni aberranti u mitokondrija aggregati fiż-żewġt itruf taċ-ċelluli [125]. Studji reċenti f'kuntesti differenti ta 'mard, bħal trapjant tal-kliewi, puplesija, u infezzjoni tal-malarja, enfasizzaw il-konnessjoni pożittiva bejn l-attivitajiet ta' eF5A u mitokondrija, li jindikaw l-inibizzjoni ta 'hyp-eIF5A bħala mod biex jipproteġu ċ-ċelloli f'sitwazzjonijiet tranżitorji ta' baxx. disponibbiltà ta 'ossiġnu li inkella jikkontribwixxu għal ħsara mitokondrijali u mewt taċ-ċelluli. Melis et al.(2017)[126]investigaw ir-rabta possibbli bejn it-taffina ta 'elF5A u r-reżistenza ċellulari għall-ipoksja/anossja. Huma wrew li t-trattament b'inibizzjoni medjata mill-interferenza ta' GC7-jew RNA ta' DHPS jew DOHH ipprevjeni l-mewt taċ-ċelluli kkaġunata mill-anossja fiċ-ċelloli tal-kliewi tal-ġrieden. Importanti, it-trattament GC7 indotta bidla metabolika riversibbli lejn glikolisi li kienet akkumpanjata minn remodeling mitokondrijali u r-regolazzjoni 'l isfel ta' l-espressjoni u l-attività tal-kumplessi tal-katina respiratorja ETC flimkien ma 'rata mnaqqsa ta' konsum ta 'ossiġnu mitokondrijali u ġenerazzjoni attenwata ta' ROS indotta mill-anossja. Flimkien, din id-dejta turi li attività mnaqqsa ta 'hyp-elF5A twassal għal sajlenser mitokondrijali. Dan kien ikkonfermat f'mudelli ta 'korriment tal-kliewi kkaġunat mill-iskemija tal-firien u ta' trapjant tal-kliewi tal-majjal, li wrew l-effetti ta 'benefiċċju tas-sajlenser mitokondrijali permezz ta' inibizzjoni ta 'hyp-eIF5A biex jipprevjenu l-mewt taċ-ċelluli kkaġunata mill-anossja [126]. Aktar reċentement, l-istess grupp uża mudell ta 'trapjant tal-majjal biex juri li l-inibizzjoni ta' eF5A mit-trattament GC7 ikkundizzjonat minn qabel kliewi għal trapjant minn donaturi b'mewt tal-moħħ, li kien akkumpanjat minn konsum mnaqqas ta 'ossiġnu ]127I. Speċifikament, it-trattament GC7 jidher li jippreserva d-difiżi antiossidanti billi jżid l-espressjoni ta’ proteini li jipproteġu l-mitokondrija (superoxide dismutase, heme oxygenase, u oħrajn) u l-integrità/omeostażi mitokondrijali billi jnaqqas l-espressjoni tal-proteina I relatata mad-dinamina u żżid l-espressjoni ta’ mitofusin-2 . Dawn l-effetti protettivi rriżultaw f'riżultat tat-trapjant aħjar [127].dożaġġ ta' cistanche redditIl-preservazzjoni tal-funzjoni mitokondrijali billi tnaqqas l-attività tagħha waqt kundizzjonijiet iposiċi permezz ta 'inibizzjoni hyp-elF5A reġgħet intweriet mill-istess grupp li jaħdem ma' mudell ta 'iskemija ċerebrali tal-ġrieden. It-telf tal-potenzjal tal-membrana mitokondrijali huwa karatteristika ta 'mewt taċ-ċelluli newronali marbuta ma' disfunzjoni mitokondrijali li sseħħ bi produzzjoni eċċessiva ta 'ROS, rilaxx ta' Ca² mill-mitokondrija, u tnaqqis fl-ATP intern. It-trattament GC7 naqqas dawn it-tliet effetti fin-newroni ttrattati b'aġenti ta 'depolarizzazzjoni, u ppreservaw il-potenzjal tal-membrana mitokondrijali. In vivo, GC7 naqqas il-volum tal-infart u d-defiċits konjittivi wara l-puplesija fil-ġrieden [128]. F'kuntest differenti, studji fuq trabi b'infezzjoni tal-malarja wrew l-okkorrenza parallela ta 'ipoksja ċellulari li tirriżulta f'apoptosi ta' mijoċiti ventrikulari kardijaċi. Mudell in vitro ta’ infezzjoni tal-malarja f’kardjomijoċiti umani ddetermina li t-tnaqqis tal-livelli ta’ hyp-elF5A permezz ta’ trattament GC7 iwassal għal tnaqqis fir-rilaxx ta’ cytochrome c u lactate minn mitokondrija bil-ħsara u jnaqqas caspase mijokardijaka pro-infjammatorja u pro-apoptotika {{11} }} attività. Dawn ir-riżultati juru li l-amministrazzjoni ta 'GC7 f'mudell in vitro li jissimula l-malarja jipprevjeni ħsara kardijaka mmexxija mill-ipoksja [129].

Cistanche jista 'anti-aging

L-istudji preċedenti kollha dwar mudelli u organiżmi differenti juru b'mod ċar ir-rwol pożittiv ta 'hvpusinated eF5A fil-promozzjoni tar-respirazzjoni u l-funzjoni mitokondrijali, iżda jindikaw ukoll li eċċess ta' elF5A, hyphenated jew le, jidderegola l-funzjonament mitokondrijali. Il-mekkaniżmi sottostanti din ir-relazzjoni elF5A-mitokondrija qed jibdew biss jiġu spjegati u huma diskussi fit-taqsimiet li ġejjin.

5. Polyamines Jirregolaw il-Funzjoni Mitokondrijali: Effetti Dipendenti u Indipendenti eIF5A

Il-livelli tal-poliamini ċellulari tal-mammiferi huma kkontrollati sewwa u ilu magħruf li l-poliamini (spermidine, spermine, u l-prekursur putresċina tagħhom) iwettqu funzjonijiet regolatorji fil-mitokondrija [130-132]. It-tnaqqis tal-poliamini jipprovoka stress ossidattiv u jinduċi t-tranżizzjoni tal-permeabilità mitokondrijali li fl-aħħar mill-aħħar imexxi ċ-ċelloli għal apoptożi jew nekrożi [133]. B'kuntrast, iż-żieda ta 'spermine mal-mitokondrija depolarizzata tirrestawra l-potenzjal transmembrane [134]. L-effetti tal-poliamine fuq il-mitokondrija jistgħu jiġu eżegwiti permezz ta 'elF5A, peress li wieħed mir-rwoli ewlenin ta' spermidine huwa bħala sottostrat għal hyphenation elF5A [12,130]. Madankollu, jidher li rwoli oħra ta 'poliamine indipendenti mill-elF5A jistgħu jimmiraw direttament għall-funzjoni mitokondrijali. Pereżempju, instab li l-ispermadine jippromwovi l-bidu tat-traduzzjoni ribosomali tal-ħmira COX4, waħda mis-subunitajiet ta 'cytochrome c oxidase (kumpless IV) li fih difett jikkomprometti r-respirazzjoni mitokondrijali [135].benefiċċji ta 'estratt ta' cistancheIl-bidu tat-traduzzjoni tal-mRNA COX4 hija regolata 'l fuq minn spermidine permezz ta' shunting tar-ribosomi, mod ta 'bidu tat-traduzzjoni mhux konvenzjonali użat ukoll minn viruses u ftit mRNAs ewkarjotiċi medjati minn struttura estiża ta' hairpin fir-reġjun 5′mhux tradott [136].cistanche genghis khanGħalkemm elF5A ma ġiex investigat fir-rigward tat-traduzzjoni COX4, ġie dokumentat li jippromwovi modi mhux konvenzjonali oħra ta 'bidu tat-traduzzjoni waqt l-infezzjoni tal-virus [137] u għal mRNAs ċitoplasmiċi speċifiċi [138,139].Fehim profond tal-mekkaniżmu li permezz tiegħu l-poliamini jaffettwaw il-mitokondrijali. funzjoni se tagħmilha possibbli li wieħed jagħraf bejn effetti medjati mill-elF5A u effetti indipendenti.

6. Il-Lokalizzazzjoni Subċellulari tal-Fattur ta' Bidu tat-Traduzzjoni Ewkarjotika 5A u l-Assoċjazzjoni tagħha mal-Mitokondrija

Il-fattur tal-bidu tat-traduzzjoni ewkarjotika 5A huwa proteina abbundanti ħafna li hija l-aktar lokalizzata fiċ-ċitoplasma. Madankollu, lokalizzazzjonijiet oħra mhux ċitoplasmiċi ġew deskritti, inkluż il-mitokondrija, għalkemm ir-rilevanza kwantitattiva u funzjonali ta 'din il-lokalizzazzjoni alternattiva subċellulari għadha mhix ċara. Kif diskuss qabel, waħda mill-lokalizzazzjoni subċellulari ta 'eF5A fil-membrana ER, fejn tidher li timmedja t-traslokazzjoni ko-traduzzjonali ta' proteini fl-ER [23,25.26]. Il-fattur tal-bidu tat-traduzzjoni ewkarjotiku 5A ġie skopert ukoll fin-nukleu, li jista 'jidħol mill-kumplessi tal-pori nukleari minħabba d-daqs żgħir tiegħu [140]. Instabu esportini nukleari għal elF5A fil-mammiferi (Xpo4) u fil-ħmira (Pdr6)[30,140]. Il-lokalizzazzjoni nukleari ta 'elF5A tidher li hija rregolata mill-aċetilazzjoni riversibbli tagħha, modifika li tidher li teskludi t-taffina (riveduta f'[141]). Għalhekk, il-kunsens attwali huwa li l-eF5A mhux modifikat huwa mqassam fiċ-ċellula kollha, filwaqt li elF5A aċetilat jakkumula fin-nukleu u hyp-elF5A fiċ-ċitoplasma. In-nukleu-cytoplasm shuttling ta 'elF5A ġie propost biex jiffaċilita l-esportazzjoni nukleari ta' mRNAs u proteini speċifiċi, għalkemm din il-funzjoni mhix mifhuma b'mod ċar [141].

Ġie propost ukoll li l-esportazzjoni nukleari ta 'elF5A hija medjata minn Xolo / Crm1, għalkemm riżultati aktar tard jargumentaw kontra Xolo bħala esportin dirett ta' elF5A [24,57,142]. Interessanti, l-inibizzjoni ta 'Xpo1 tippromwovi l-akkumulazzjoni ta' proteina elF5A fil-mitokondrija f'linja taċ-ċelluli tal-kanċer tal-ovarji tal-bniedem, fejn tinduċi apoptożi [143]. Ġie skopert li elF5A jinteraġixxi mal-fattur ta 'tkabbir 2 mRNA-binding protein (IGF2BP1) fiċ-ċitoplasma, jipprevjeni l-akkumulazzjoni ta' elF5A fil-mitokondrija. Paul huwa l-exportin nukleari ta 'IGF2BP1; għalhekk, l-inibizzjoni tal-esportazzjoni nukleari medjata minn Xpo1-ta' IGFBP1 tirriżulta fil-lokalizzazzjoni ta' elF5A fil-mitokondrija. Rapporti oħra pproponew ukoll li elF5A huwa assoċjat mal-mitokondrija. Fi studju proteomiku biex jiġu determinati proteini mitokondrijali espressi b'mod differenzjat f'metastatiku meta mqabbel ma' linja taċ-ċelluli tal-karċinoma nażofarinġi mhux metastatiku, elfF5A kienet waħda mill-aktar proteini indotti minn mitokondrija purifikata, flimkien ma 'proteini involuti fil-metaboliżmu redox mitokondrijali, trasport tal-elettroni respiratorju, u potenzjal tal-membrana mitokondrijali [144].

Matul it-traduzzjoni ta 'xi varjanti tat-traskrizzjoni tal-mRNA tal-ġene uman EIF5A1, l-użu ta' kodon tal-bidu alternattiv jagħti lok għal isoforma elF5A b'30 aċidu amminiku estiż fis-sekwenza tal-peptide N-terminal [145]. Din l-isoforma itwal ta 'elF5A hija tradotta b'mod ħafna inqas effiċjenti mill-elF5A kanoniku, iżda hija wkoll suxxettibbli għal modifika permezz ta' hyphenation. Is-sekwenza N-terminal estiża fiha sinjal ta 'lokalizzazzjoni mitokondrijali putattiv u, tabilħaqq, meta l-isoforma elF5A itwal kienet espressa żżejjed fiċ-ċelloli HeLa tal-bniedem, kienet ko-purifikata mal-mitokondrija [145]. Aktar reċentement, l-istess grupp investiga r-rwol tal-isoforma itwal ta 'elF5A fuq il-funzjoni mitokondrijali [146]. Huma użaw siRNA speċifiku biex inaqqsu biss l-isoforma elF5A itwal mingħajr ma jaffettwaw dak kanoniku u osservaw ir-regolazzjoni baxxa tal-livelli ta 'mRNA ta' diversi ġeni involuti fil-bijoġenesi tal-mitokondrija, kif ukoll tnaqqis fil-livelli ta 'diversi proteini OXPHOS fiċ-ċelloli HeLa. Kuntrarju għar-riżultati tat-tnaqqis tal-elF5A kanoniku, it-tnaqqis tal-isoforma elF5A estiża N-terminal wassal għal żieda fil-konsum tal-ossiġnu; madankollu, ipproduċa wkoll aktar ROS u frammentazzjoni mitokondrijali, u żiedet l-espressjoni tal-proteina pro-apoptotika BAK, li tissuġġerixxi li l-isoforma itwal elF5A hija meħtieġa għad-dinamika mitokondrijali u li t-tnaqqis tagħha jirriżulta f'disfunzjoni mitokondrijali u apoptożi [146]. Ħlief għaż-żieda fil-konsum tal-ossiġnu, effetti oħra tat-tnaqqis tal-isoforma elF5A itwal jirrikapitulaw dawk misjuba meta jnaqqsu jew jinibixxu l-isoforma elF5A tal-mammiferi kanoniċi, u jqajmu l-possibbiltà li l-istrateġiji użati, bħall-inibizzjoni tat-tisfija jew l-interferenza tal-RNA, kontra s-sekwenza EIF5A1 kanonika jista' jaġixxi wkoll fuq l-isoforma l-aktar twila tal-F5A.estensjoni tal-ħajja ta' cistancheGħalhekk, ir-riżultati osservati jistgħu jkunu konsegwenza ta 'nuqqas ta' l-iżoforma inqas espressa. Din il-possibbiltà bħalissa ma tistax tiġi eskluża u hemm bżonn ta' aktar ħidma biex jiġi ċċarat dan il-punt. Mix-xogħlijiet imsemmija hawn fuq, jista 'jiġi dedott li r-rwol ta' elF5A fil-mitokondrija huwa direttament marbut mal-assoċjazzjoni tiegħu ma 'dan l-organelle, iżda dan għadu inċert.

7. Rwoli Molekulari tal-Fattur tal-Inizjazzjoni tat-Traduzzjoni Ewkarjotika 5A fil-Funzjoni Mitokondrijali

L-istudji riveduti fit-taqsimiet preċedenti juru li elF5A huwa meħtieġ għal funzjoni mitokondrijali korretta; madankollu, ir-riżultati għadhom mħawwda. Hawnhekk, aħna nirrevedu xogħlijiet riċenti ħafna li jipproponu mekkaniżmi molekulari differenti li permezz tagħhom elF5A jista 'jaffettwa l-prestazzjoni mitokondrijali.

Ir-riżultati ppreżentati minn Puleston et al. (2019) [147] qed jiżvelaw dwar ir-rwol ta 'elF5A fil-mitokondrija. L-ewwel, l-awturi wrew li l-inibizzjoni ta 'hyp-elF5A tillimita OXPHOS mitokondrijali fiċ-ċelloli tal-mammiferi u li hyp-eF5A hija meħtieġa biex tiżdied ir-respirazzjoni taħt kundizzjonijiet ta' glikolisi limitata. Barra minn hekk, l-awturi wrew f'kuntest ta 'attivazzjoni tal-makrofagi tal-ġurdien dipendenti fuq OXPHOS li l-inibizzjoni ta' hyp-eF5A naqqset l-attività taċ-ċiklu TCA u naqqset l-espressjoni ta 'ħafna proteini mitokondrijali fil-livell ta' proteina mingħajr ma taffettwa l-livelli ta 'mRNA. Dawn ir-riżultati jaqblu mar-riżultati preċedenti rrappurtati minn Melis et al. (2017)[126]. Il-proteini mitokondrijali sensittivi għall-eIF5A identifikati minn Puleston et al.(2019)[147] inkludew komponenti kumplessi ETC, xi enzimi TCA (eż. succinyl-CoA synthetase u succinate dehydrogenase), u enzimi li jalimentaw TCA (eż. pyruvate dehydrogenase). Madankollu, proteini TCA oħra kienu inqas affettwati (eż., citrate synthase u isocitrate dehydrogenase) u l-enzimi tal-glycolysis ma kinux affettwati, li jindika l-ispeċifiċità tal-effett. L-awturi investigaw il-possibbiltà li t-traduzzjoni ta 'sinjali speċifiċi ta' mira mitokondrijali (MTSs) kienet dipendenti fuq hyp-elF5A. Huma wrew li l-massa ta 'xi proteini sensittivi għal hyp-eIF5A kienet biżżejjed biex tagħti effiċjenza tat-traduzzjoni dipendenti fuq hyp-eF5A meta mdewba ma' proteini reporter. Puleston et al.(2019)[147] ikkonkluda li hyp-eIF5A jirregola r-respirazzjoni mitokondrijali, għall-inqas parzjalment, billi jippromwovi t-traduzzjoni tal-MTSs ta 'xi proteini mitokondrijali, pass essenzjali meta t-talbiet ta' OXPHOs jiżdiedu, bħal waqt makrofaġi azzjoni. Għalkemm is-sekwenzi MTS fihom meded ta 'aċidi amminiċi ripetittivi u huma sinjuri f'aċidi amminiċi ċċarġjati li jistgħu jnaqqsu t-traduzzjoni. mhuwiex ċar, kif jiddikjaraw l-awturi, kif hyp-elF5A jaffettwa l-effiċjenza tat-traduzzjoni ta' xi wħud minn dawn l-MTS, iżda mhux dik ta 'oħrajn b'karatteristiċi globali simili.

Investigazzjonijiet ġodda dwar ir-rwol protettiv tal-inibizzjoni ta 'elF5A waqt iskemija tal-kliewi ddettaljaw it-tranżizzjoni metabolika minn fosforilazzjoni ossidattiva aerobika lejn glikolisi anerobika fuq trattament GC7 u wrew li dan it-trattament jirregola l-espressjoni ta' trasportaturi tal-glukosju [148]. F'ċelluli tal-kliewi prossimali taħt inibizzjoni ta 'l-ilF5A hyphenation, il-konsum ta' l-ossiġnu naqas iżda l-konsum tal-glukożju u l-effluss tal-lactate żdiedu, kif ukoll id-dipendenza fuq l-importazzjoni tal-glukożju u l-glikolisi, li juru bidla metabolika għal glikolisi anerobika esklussiva. Waqt l-inibizzjoni tal-GC7 in vitro u in vivo, l-effluss tal-glukosju miċ-ċelloli prossimali tal-kliewi kien imfixkel permezz tar-ripressjoni tat-trasportatur tal-glukosju faċilitat GLUT1, u b'hekk żdiedet id-disponibbiltà tal-glukożju fiċ-ċelloli prossimali. Dawn ir-riżultati jispjegaw is-sopravivenza taċ-ċelloli tal-kliewi taħt l-ipoksja, b'talbiet enerġetiċi li jiġu sodisfatti minn bidla għal glikolisi anerobika. Madankollu, ir-raġunijiet molekulari għal din il-bidla metabolika mhumiex ċari, peress li GLUT1 ma fihx motivi peptidi putattivi dipendenti fuq elF5A. Mhux magħruf ukoll jekk iż-żieda fil-livelli ta' glukożju intraċellulari li tirriżulta mill-inibizzjoni ta' GLUT1 hijiex kawża jew konsegwenza ta' din il-bidla metabolika medjata minn GC7-[148].

Studju reċenti ieħor stabbilixxa konnessjoni molekulari bejn eIF5A u l-proċess ta 'fużjoni mitokondrijali [149]. L-awturi tagħha investigaw ir-rwol tal-fattur ta 'traskrizzjoni ta' remodeling kardjovaskulari Krüppel-like factor 5(Klf5) fis-senescence vaskulari u sabu li Klf5 jeħel direttament mal-promotur EIF5A u jattiva t-traskrizzjoni tiegħu biex jippreserva l-integrità tal-mitokondrija. Il-modulazzjoni ta 'elF5A minn Klf5 modulat b'mod konkomitanti kontenut ATP, produzzjoni ROS, u dinamika mitokondrijali. Importanti, elF5A interaġixxa fiżikament ma 'mitofusin 1 (Mnf1), proteina transmembrana tal-membrana mitokondrijali ta' barra li hija regolatur ewlieni tal-fużjoni u l-integrità mitokondrijali. Fatturi ta 'bidu ta' traduzzjoni ewkarjotika 5A u Mnf1 ko-lokalizzati fil-mitokondrija u ffaċilitaw il-formazzjoni ta 'netwerks ta' mitokondrija mdewba. B'kuntrast, ir-regolazzjoni 'l isfel ta' elF5A b'defiċjenza ta 'Klf5 jew matul senescence vaskulari rriżultat f'fissjoni mitokondrijali u wasslet għal mard vaskulari [149]. Għalkemm il-mekkaniżmi preċiżi li permezz tagħhom tinżamm l-integrità mitokondrijali permezz tal-interazzjoni ta 'elF5A ma' Mnf1 għad iridu jiġu eluċidati, huwa magħruf li l-fużjoni u l-fissjoni mitokondrijali bilanċjati jikkoordinaw mhux biss il-forma, id-daqs u n-numru mitokondrijali, iżda wkoll il-metaboliżmu tal-enerġija, iċ-ċiklu taċ-ċelluli. , mitofaġija, u apoptożi [150].

Kif imsemmi fis-sezzjonijiet preċedenti, huwa magħruf sew li l-funzjoni mitokondrijali tonqos bl-età [83]. Fl-aħħar ftit snin, intużaw mudelli differenti in vitro u in vivo biex juru konnessjoni qawwija bejn is-supplimentazzjoni ta 'spermidine u l-estensjoni tal-ħajja f'organiżmi mudell, u tixjiħ ritardat f'organiżmi mudell u bnedmin. Din il-konnessjoni reċentement ġiet investigata u l-effetti ta 'l-ispermadine fit-tixjiħ huma l-aktar medjati minn hyphenation elF5A indott minn spermidine, li jippreserva l-funzjoni mitokondrijali.

Tnaqqis fil-poliamini ilu ddokumentat li jseħħ f'kulturi ta 'ċelluli mammiferi u organi umani matul it-tixjiħ [151,152]. Fl-2009, xogħol minn Eisenberg et al. (2009)[153] wera li ż-żieda eżoġena ta 'spermidine estendiet il-ħajja fiċ-ċelloli tal-ħmira, id-dubbiena, id-dud u l-bniedem. Spermidine naqqas ukoll l-istress ossidattiv relatat mal-età fil-ġrieden. B'kuntrast, it-tnaqqis tal-poliamine naqqas il-ħajja tal-ħmira u żied il-produzzjoni u n-nekrożi ta 'ROS. L-awturi osservaw korrelazzjoni bejn il-lonġevità indotta mill-ispermadina u l-ipoacetilazzjoni tal-histone H3, li wasslet għar-regolazzjoni 'l fuq tal-ġeni awtofaġiċi ATG7, ATG11, u ATG15 u ppromwoviet l-awtofaġija fl-organiżmi mudell kollha ttestjati, li ntwera li hija kruċjali għall-poliamina. -lonġevità mtejba [153].

L-effetti ta 'benefiċċju tas-supplimentazzjoni ta' spermidine fuq it-tixjiħ ġew irrappurtati wkoll f'organiżmi differenti, b'rabta ma 'aspetti differenti relatati mal-età konnessi mal-promozzjoni tal-awtofaġija [154,155], iżda wkoll b'mod indipendenti [156. Spermidine ġie ppruvat li jtejjeb it-tixjiħ kardjovaskulari, itejjeb il-memorja, u jnaqqas il-mortalità mill-kanċer, fost effetti ta 'benefiċċju oħrajn [157].cistanche nzIl-medjazzjoni ta 'l-effetti ta' l-ispermadine permezz ta 'saffina indotta ta' elF5A reċentement intweriet fi studji ta 'immunità taċ-ċelluli B f'adulti anzjani. Is-saffina tal-elF5A promossa bi spermidine reġgħet restawrata l-immunità taċ-ċelluli B fi ġrieden qodma permezz tal-promozzjoni tal-awtofaġija [43]. Hyp-elF5A żamm l-awtofaġija permezz tat-traduzzjoni tal-fattur tat-traskrizzjoni tal-awtofaġija TFEB, li fih motivi tal-polyproline fis-sekwenza tal-aċidu amminiku tiegħu. Matul ix-xjuħija, hemm tnaqqis fil-livelli TFEB, flimkien ma 'dawk ta' hyp-eF5A u spermidine, li jwassal għal fallimenti fis-sistema immuni [43]. B'mod intriganti, analiżi proteomika mwettqa f'dan l-istudju b'ċelluli B primarji ttrattati b'GC7 wriet espressjoni mnaqqsa ta 'TFEB, iżda mhux tal-mammiferi murija qabel u Caenorhabditis elegans autophagy elF5A mira ATG3 [42], li tissuġġerixxi l-influwenza tal-kuntest ċellulari. Kemm ATG3 kif ukoll TFEB fihom motivi polyproline suxxettibbli għad-dipendenza fuq elF5A u jipprovdu konnessjoni mekkanistika bejn hyp-elF5A u autophagy, għalkemm il-preżenza ta’ motivi polyproline waħedhom fis-sekwenza tal-proteini ma tidhirx biżżejjed fil-każijiet kollha biex tikkawża livelli mnaqqsa ta’ proteini billi jinibixxi hyp- eIF5A [43,158].

Il-konnessjonijiet mekkanistiċi bejn l-effetti pożittivi ta 'spermidine fuq it-tnaqqis tas-sintomi relatati mal-età u r-rwol ta' hyp-elF5A fiż-żamma tal-mitokondrija funzjonali ġew esplorati fi studji riċenti ħafna. Schroeder et al.(2021)[159]studjaw ġrieden ta 'età u sabu li l-ispermadina tad-dieta tgħaddi mill-barriera tad-demm-moħħ, u żżid it-taffina tal-elF5A tal-hippocampal. Ġrieden ta 'età mitmugħa bi spermidine urew titjib f'diversi testijiet konjittivi. L-awturi wrew ukoll respirazzjoni mitokondrijali ogħla fil-moħħ tal-ġurdien u fid-dubbien, għalkemm ir-riżultati fil-ġrieden kienu dipendenti fuq is-sess u l-età. Preċedentement ġie propost li l-awtofaġija hija kruċjali għall-kontroll tal-kwalità mitokondrijali matul ix-xjuħija u n-newrodeġenerazzjoni [160]. Għaldaqstant, f'Drosophila, ir-regolazzjoni baxxa tal-ġene essenzjali tal-awtofaġija Atg7, il-kinase putattiv indotta minn PTEN assoċjat ma' mitofaġija (Pink1), u l-omologu tal-bniedem E3 ubiquitin ligase Parkin (Park) eliminaw it-titjib fir-respirazzjoni medjat minn spermidine [159] . Dawn ir-riżultati jaqblu mar-riżultati minn [161] f'C.elegans, fejn l-inibizzjoni tal-ispermadine tan-newrodeġenerazzjoni u t-tixjiħ kienet dipendenti fuq PINK1 u d-dudu Parkin ortholog PDR1, li jimmedjaw il-mitofaġija.

L-effetti ta 'benefiċċju ta' spermidine fuq is-saħħa tal-konjizzjoni mitokondrijali u tal-moħħ jistgħu jiġu medjati mill-eIF5A effetur [159,162]. Drosophila li qed tixjieħ taħt supplimentazzjoni ta 'spermidine kien fiha livelli ogħla ta' proteini involuti f'OXPHOS, iżda mhux livelli ogħla tal-mRNA korrispondenti, u dan kien jikkorrelata ma 'respirazzjoni massima ogħla u abbundanza mitokondrijali fl-imħuħ. F'imħuħ ta 'Drosophila anzjani, il-livelli ta' spermidine u hyp-elF5A niżlu, u t-tnejn setgħu jiġu msaħħa permezz ta 'supplimentazzjoni ta' polyamine sa nofs l-età, għalkemm mhux f'imħuħ ta 'Drosophila antiki ħafna. Approċċi ġenetiċi differenti għat-tnaqqis parzjali ta 'l-elF5A hyphenation fil-moħħ fly wasslu għal respirazzjoni mitokondrijali mnaqqsa, u analiżi proteomika kwantitattiva indikat downregulation tal-proteini mitokondrija, speċifikament proteini OXPHOS. Interessanti, ħafna mill-effetti pożittivi fuq il-funzjoni mitokondrijali kkawżati minn supplimentazzjoni ta 'spermidine ġew aboliti billi tnaqqas hyp-eF5A fl-imħuħ tat-titjir. Liang et al.(2021)162] investigaw ukoll jekk it-taffina ta 'elF5A kinitx ir-raġuni għall-ħajja estiża msemmija qabel miksuba f'dubbien, ġrieden, u organiżmi oħra biż-żieda ta' spermidine [153,163,164]. Huma osservaw li l-estensjoni tal-ħajja kienet abrogata f'dubbien defiċjenti ta' saffikazzjoni [162]. Fl-aħħarnett, spermidine tjiebet it-tnaqqis fil-funzjonijiet lokomottivi u memorja ta 'dubbien età, filwaqt li l-attenwazzjoni ta' elF5A hyphenation tejbet dawn l-effetti ta 'ħsara għall-età u, importanti, l-effetti pożittivi ta' spermidine fuq il-lokomozzjoni u l-memorja ntilfu l-aktar f'annimali attenwati b'elF5A hypusine. . Dawn l-aħħar riżultati jaqblu ma 'studju reċenti ieħor li fih tnaqqis ta' attività deoxyhypusine synthase kien assoċjat ma 'disturb ta' newro-iżvilupp fil-bnedmin [165]. Għalkemm ir-riżultati rrappurtati minn Liang et al.(2021)[162]saħħew il-konnessjoni molekulari bejn l-effetti ta 'benefiċċju ta' spermidine fuq il-prestazzjoni tal-mitokondrija tal-età u l-funzjonijiet tal-moħħ b'saffina ta' elF5A, Schroeder et al.(2021)[159] indikaw rwol ta 'hyp-elF5A fiż-żamma tal-kontroll tal-kwalità mitokondrijali minn awtofaġija / mitofaġija, id-dettalji molekulari mekkanistiċi għadhom neqsin u mhux mifhum kompletament kif l-awtofaġija / mitofaġija tibbenefika direttament il-prestazzjoni mitokondrijali.

8. Perspettivi dwar l-Identifikazzjoni ta' Proċessi u Miri Mitokondrijali taħt il-Kontroll ta' eIF5A

Ir-rwol molekulari ewlieni attribwit lil elF5A huwa li jiffaċilita t-traduzzjoni ta 'sottogruppi speċifiċi ta' proteini li fihom motifs dipendenti fuq elF5A [10,11]. Madankollu, ġew proposti rwoli molekulari inqas karatterizzati oħra relatati mal-kapaċità ta 'elF5A li jorbot RNAs u jirregola l-metaboliżmu tagħhom. Mir-riżultati ta 'hawn fuq, huwa ċar li livelli xierqa ta' hyp-elF5A huma meħtieġa biex jippreservaw OXPHOS u l-funzjoni mitokondrijali. L-istudji deskritti hawn fuq ipproponew li elF5A jista 'jkun involut fit-traduzzjoni ta' proteini mitokondrijali speċifiċi li fihom MTS dipendenti fuq elF5A, fir-regolamentazzjoni tal-fluss tal-metaboliti għall-mitokondrija biex jinżamm metaboliżmu aerobiku permezz tar-regolazzjoni tat-trasportaturi tal-glukosju, biex issostni d-dinamika mitokondrijali permezz tal-interazzjoni. bi proteini involuti fil-fużjoni mitokondrijali (Mnf1), fil-promozzjoni tal-awtofaġija billi tiffaċilita s-sintesi ta 'ATG3 u TFEB, jew speċifikament fil-mitofaġija permezz ta' mekkaniżmu li huwa dipendenti fuq il-proteini PINK1 u Park. Biex jintgħaraf u jipprova dawn ir-rwoli jkun meħtieġ li jiġi identifikat il-proċess molekulari speċifiku u/jew il-miri u l-kundizzjonijiet speċifiċi tal-proteini taħt il-kontroll dirett ta' elF5A.

F'tentattiv biex nidentifikaw kandidati ta 'proteini mitokondrijali għal traduzzjoni diretta dipendenti fuq elF5A, aħna fittxejna motivi peptidi li jikkawżaw waqfien tar-ribosomi dipendenti fuq elF5A [11 fil-proteoma mitokondrijali S. cerevisiae. Sibna li l-abbundanza tal-motif elF5A fil-proteini mitokondrijali kodifikati b'mod nukleari 1117 hija biss ftit ogħla minn dik fil-proteini totali tal-ħmira, iżda dawn il-motifi bilkemm huma rappreżentati fl-10 proteini kodifikati fid-DNA mitokondrijali (Figura 2). Proteini involuti fiċ-ċiklu TCA juru medja ta '3.3 motifs/proteina, ogħla mill-medja fil-proteome totali tal-ħmira (2.8 motifs/proteina) u ħafna ogħla minn dik fil-proteini OXPHOS (1.8 motifs/proteina). Madankollu, l-aktar motivi dipendenti fuq eIF5A rappreżentati kienu l-istess (GGA, GGG, u KPG) fil-proteini TCA u OXPHOS, b'żewġ motivi PPP biss: wieħed fl-enzima succinyl-CoA ligase(Lsc1)TCA, u ieħor fis-subunità. ta' succinate dehydrogenase (Sdh4), li tipparteċipa fiċ-ċiklu TCA u OXPHOS.

Figura 2. Distribuzzjoni ta 'motifi dipendenti fuq elF5A fil-proteini mitokondrijali Saccharomyces cerevisiae. Distribuzzjoni tat-43 motif tri-peptide li tiddependi fuq ribosome-pausing li jiddependu fuq elF5A bl-ogħla punteġġ [1l] fil-proteini tal-ġenoma kollu tal-ħmira (a), proteini mitokondrijali kodifikati b'mod nukleari (b), proteini kodifikati mitokondrijali (c), il- aċidu trikarboksiliku (TCA) ċiklu(d), fosforilazzjoni ossidattiva (OXPHOS)(e), u fl-organizzazzjoni mitokondrijali Gene Ontology kategorija funzjonali (f). It-tabella turi l-proteini involuti f'organizzazzjoni mitokondrijali b'mill-inqas motif wieħed PPP. L-indiċi tal-pawsa tal-proteini (PPI) huwa kkalkulat bħala s-somma tal-valur kwantitattiv tal-pawża tar-ribosomi pprovokata mit-tnaqqis tal-elF5A f'kull wieħed mit-43 l-ogħla motiv tri-peptide dipendenti fuq elF5A [11] misjuba fis-sekwenza tal-aċidu amminiku ta 'kull proteina u huwa ogħla fil-proteini li huma putativament aktar dipendenti fuq elF5A għat-traduzzjoni tagħhom. Tfittxija għal proteini mitokondrijali tal-ħmira b'motifi polyproline itwal uriet li Ytal2, Srv2, u Tim50 fihom meded ta 'sa disa', sitta u seba 'prolini konsekuttivi, rispettivament (Figura 2). Yta12 (omologu għall-AFG3L2 uman) huwa parti mill-protease m-AAA mitokondrijali kkonservata, li hija magħmula mill-proteini Afg3 u Yta12, u li tinsab fil-membrana mitokondrijali ta 'ġewwa (Figura 3). u degradazzjoni u hija meħtieġa għall-assemblaġġ korrett ta 'kumplessi ta' enzimi mitokondrijali [166]. Interessanti, il-kumpless Ytal2/Afg3 huwa wkoll involut fit-twaħħil tal-mRNAs mitokondrijali li fihom introni COXT u COB, li jikkodifikaw is-subunità 1 ta 'cytochrome oxidase u cytochrome b, rispettivament, li huma parti mill-ETC. Għalhekk, defiċjenza f'Yta12/Yta10 tikkawża respirazzjoni baxxa minħabba, fost effetti oħra, assemblaġġ defiċjenti tal-ETC[167]. Srv2 (omologu għal CAP1 u CAP2 tal-bniedem) jimmedja l-assemblaġġ ta 'l-actin fil-mitokondrija, u t-tħassir ta' Srv2 jikkawża mitokondrija iper fused tawwalija u jnaqqas ir-respirazzjoni. Interessanti, Srv2 jinteraġixxi mal-fissjoni mitokondrijali GTPase Dnm1/DRP1 [168]. Fl-aħħarnett, Tim50 (omologu ta 'TIMM50 uman) hija subunità essenzjali tal-kumpless TIM23 tal-membrana interna mitokondrijali, li timmedja l-importazzjoni tal-maġġoranza tal-proteini mitokondrijali permezz tar-rikonoxximent tal-MTSs tagħhom (Figura 3)[169]. Għalkemm dawn it-tliet proteini huma kandidati jitħajjar biex jimmedjaw l-effetti ta 'elF5A fuq il-funzjoni mitokondrijali, il-preżenza ta' meded polyproline mhijiex rekwiżit suffiċjenti biex toħloq dipendenza fuq elF5A [43,158]. Studji futuri se jiddeterminaw il-konnessjonijiet mekkanistiċi preċiżi bejn elF5A u l-proteini mitokondrijali sensittivi għal hyp-eIF5A diġà deskritti u se jidentifikaw proteini u proċessi ġodda fil-mira mitokondrijali taħt il-kontroll ta 'elF5A (Figura 3).

Figura 3. Funzjonijiet ċellulari ta 'elF5A u mudell għar-rwol tiegħu fiż-żamma tal-attività mitokondrijali. elF5A huwa magħruf li huwa implikat fi proċessi ċellulari differenti, għalkemm l-aktar rilevanti u relatati mal-mitokondrija minn dawn huma rappreżentati fil-Figura. Marbuta ma 'ribosomi, hyp-elF5A jiffaċilita t-titwil tat-traduzzjoni f'motifi speċifiċi [10,11], kif ukoll it-traduzzjoni akkoppjata ER [23,25,26]. Fin-nukleu, eIF5A jgħin biex jesporta ċerti mRNAs u proteini [141].elF5A għandu rwol kontroversjali fl-apoptożi, peress li ġie definit li huwa meħtieġ biex jinduċi l-apoptożi medjata mill-mitokondrijali[124,146], iżda wkoll biex iwassal għal mewt taċ-ċelluli. meta inibit [133]. Hyp-elF5A jippromwovi l-awtofaġija permezz tat-traduzzjoni tal-fatturi tal-awtofaġija ATG3 (relatati mal-awtofaġija 3) u TFEB (fattur ta' traskrizzjoni EB)[42A43]. Evidenza dejjem tiżdied turi rabta diretta bejn hyp-elF5A u l-funzjoni mitokondrijali. Minbarra l-assoċjazzjoni tagħha mal-mitokondrija [143-146], xi proteini kemm tat-TCA ġew deskritti li huma affettwati direttament jew indirettament taħt l-inibizzjoni ta 'hyp-elF5A [126,147]. Ġie propost ukoll li hyp-eF5A jista' jimmedja l-mitofaġija permezz ta' proteini ATG7 (Autophagy Related 7), Pink1 (il-kinase putattiv indott minn PTEN assoċjat ma' mitofaġija), u Park (l-E3 ubiquitin ligase Parkin) [170]. Proteini oħra involuti fit-trasport mitokondrijali ta 'proteini kodifikati b'mod nukleari u organizzazzjoni mitokondrijali huma kkunsidrati miri putattivi elF5A (Figura 2). Fost dawn, il-proteini integrali tal-membrana interna mitokondrijali Yta12(protease tal-kumpless Yta12/Afg3 u omologu tal-ħmira tal-bniedem AFG3L2), u Tim50(subunità essenzjali tal-kumpless TIM23 u omologu tal-ħmira tal-bniedem TIMM50) fihom meded twal tal-polyproline fl-amino tagħhom. sekwenzi ta' aċidi, li jissuġġerixxu dipendenza possibbli fuq elF5A għat-traduzzjoni tagħhom u, għalhekk, rabta possibbli bejn hyp-elF5A u l-funzjoni mitokondrijali. L-ipproċessar tal-figuri sar bl-użu tas-softwer BioRender.

Kontribuzzjonijiet tal-Awtur:Konċettwalizzazzjoni, MB-A.u PA; kitba—preparazzjoni tal-abbozz oriġinali, MB-A.u PA; kitba—reviżjoni u editjar, MB-A.u PA; akkwist tal-finanzjament, PAL-awturi kollha qraw u qablu mal-verżjoni ppubblikata tal-manuskritt.

Finanzjament:Din ir-riċerka ġiet iffinanzjata mill-Generalitat Valenciana(AICO/2020/086) u l-Ministeru Spanjol tax-Xjenza u l-Innovazzjoni (PID2020-120066RB-I{00) lil PAMB-A. huwa riċevitur ta 'fellowship predottorat (FPU2017/03542) mill-Ministeru Spanjol tax-Xjenza, Innovazzjoni, u Universitajiet.

Rikonoxximenti:L-awturi jirrikonoxxu l-appoġġ mill-membri kollha tal-laboratorju tal-GFL.

Kunflitti ta' Interess:L-awturi ma jiddikjaraw l-ebda kunflitt ta' interess. Il-finanzjaturi ma kellhom l-ebda rwol fit-tfassil tal-istudju; fil-kitba tal-manuskritt, jew fid-deċiżjoni li jiġu ppubblikati r-riżultati.

Dan l-artikolu huwa estratt minn Int. J. Mol. Sci. 2022, 23, 1284. https://doi.org/10.3390/ijms23031284 https://www.mdpi.com/journal/ijms