Новый сплайсинговый вариант Elp3/Kat9 регулирует модификацию и функцию митохондриальной тРНК.

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 14804 (2022) Цитировать эту статью

1544 Доступа

1 Цитаты

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Посттрансляционные модификации, такие как ацетилирование лизина, регулируют активность разнообразных белков во многих клеточных компартментах. Деацетилирование белков в митохондриях катализируется ферментативной активностью НАД+-зависимой деацетилазы сиртуина 3 (SIRT3), однако остается неясным, существуют ли соответствующие митохондриальные ацетилтрансферазы. Мы использовали биоинформатический подход для поиска митохондриальных белков с каталитическим доменом ацетилтрансферазы и идентифицировали новый сплайсинговый вариант ELP3 (mt-ELP3) элонгаторного комплекса, который локализуется в митохондриальном матриксе клеток млекопитающих. Неожиданно оказалось, что mt-ELP3 не опосредует ацетилирование митохондриальных белков, а вместо этого индуцирует посттранскрипционную модификацию митохондриальных транспортных РНК (мт-тРНК). Сверхэкспрессия mt-ELP3 приводит к защите мт-тРНК от тРНК-специфического ангиогенина РНКазы, увеличивает митохондриальную трансляцию и, кроме того, увеличивает экспрессию комплексов OXPHOS. Таким образом, это исследование идентифицирует mt-ELP3 как неканонический фермент, модифицирующий мт-тРНК.

Ацетилирование лизина является важным регулятором множества белков, находящихся в различных клеточных компартментах, включая митохондриальные метаболические ферменты1. Эта обратимая посттрансляционная модификация контролируется конкурирующими лизин-ацетилтрансферазами (KAT) и деацетилазами (KDAC), которые катализируют добавление и удаление, соответственно, ацетильной группы из остатка лизина2. Ранее мы показали, что SIRT3 представляет собой митохондриальную НАД+-зависимую протеиндеацетилазу, которая контролирует энергетический обмен3. Эти данные побудили нас искать какие-либо соответствующие митохондриальные КАТ(ы). Поскольку митохондриальный матрикс имеет более высокую концентрацию ацетил-КоА и более высокий pH, чем другие клеточные компартменты, предполагается, что ацетилирование митохондрий происходит по неферментативному механизму1. Однако этот механизм не исключает существования митохондриальной КАТ. Действительно, GCN5L1 (общий контроль синтеза аминокислот 5)-подобный 1 и ACAT1 (ацетил-КоА-ацетилтрансфераза 1) являются вероятными митохондриальными KAT4,5.

Здесь мы использовали биоинформатический подход для поиска митохондриальных белков с каталитическим доменом ацетилтрансферазы. Этот анализ привел к идентификации нового сплайсингового варианта белка-элонгатора 3 (ELP3), также известного как KAT9, известной каталитической субъединицы шестисубъединичного комплекса элонгатора транскрипции (Elp1-Elp6). ELP3 имеет два предполагаемых ферментативных домена: радикальный домен S-аденозилметионина (SAM) содержит железо-серу [4Fe–4S], кластер, важный для метилирования тРНК за счет восстановительной активности расщепления SAM6,7,8,9 и C-концевой KAT-домен с последовательностью, сходной с суперсемейством GCN5-подобных ацетилтрансфераз. Таким образом, ELP3 может ацетилировать гистоны10 и другие белки-мишени, используя ацетил-КоА в качестве кофактора11. Однако ELP3 может также модифицировать цитоплазматические (cyt)-тРНК12,13. В этом отношении ELP3 необходим для образования 5-метоксикарбонилметил-2-тиоуридина (mcm5s2U34) и 5-карбамоилметил-2-тиоуридина (ncm5s2U34) модификации колебательных уридинов U34 (положение 34) во многих цит-тРНК. цели12,13,14. Эти посттранскрипционные модификации тРНК необходимы для точности и эффективности трансляции белков15,16, а их отсутствие приводит к множеству заболеваний человека17,18. Примечательно, что нарушение регуляции активности модификации тРНК ELP3 в основном связано с неврологическими расстройствами19,20.

В настоящем исследовании мы характеризуем этот новый сплайсинговый вариант ELP3 (mt-ELP3) и предоставляем доказательства того, что mt-ELP3, но не другие варианты, локализуется в митохондриях. Неожиданно оказалось, что mt-ELP3 участвует не в ацетилировании митохондриальных белков, а в посттранскрипционной модификации митохондриальных (mt)-тРНК. Мы показываем, что сверхэкспрессия mt-ELP3 приводит к защите мт-тРНК от тРНК-специфического РНКазы-ангиогенина и улучшает функцию митохондрий за счет увеличения трансляции митохондрий, экспрессии комплексов системы окислительного фосфорилирования (OXPHOS) и митохондриального дыхания. Примечательно, что mt-ELP3 высоко экспрессируется в мозге, что позволяет предположить, что он может играть важную роль в этой ткани. В целом, наши результаты идентифицируют mt-ELP3 как неканонический фермент, модифицирующий мт-тРНК.