Mitokondriyal Fonksiyon Bölüm 2'de EIF5A'nın Rolü

Lütfen iletişime geçinoscar.xiao@wecistanche.comdaha fazla bilgi için

4. elF5A ve Mitokondriyal Fonksiyon Arasındaki Bağlantılar

elF5A, tireleme enzimleri ve tireleme substratı spermidin ve mitokondriyal fonksiyon arasında uzun süredir bağlantı olduğuna dair kanıtlar var, ancak tüm verilerin toplamı hala tamamen net olmayan ve bazen çelişkili görünen bir resim sunuyor. Bir yandan, farklı raporlar, hem elfF5A'daki bir kusurun hem de fazlalığın mitokondriyal fonksiyon üzerinde zararlı etkiler yarattığını belgelemiştir. Örneğin, sıçan kalp kası hücrelerinde, antitümör ajan doksorubisin tarafından indüklenen elF5A'nın aşırı ekspresyonu, ROS'ta kademeli bir artışa ve mitokondride Ca2 artı akışında bir artışa neden oldu [54]. Bu değişiklikler, mitokondriyal transmembran potansiyeli kaybı ve apoptozun indüklenmesi ile ilişkiliyken, EIF5A1 ekspresyonunun bozulması apoptozu azalttı. Bu sonuçlar, Sun ve diğerleri (2010)[124] tarafından bildirilen ve EIF5A1 aşırı ekspresyonunun bir viral enfeksiyon tarafından uyarıldığı insan hücrelerinde elde edilen sonuçlarla iyi bir uyum içindeydi, fakat aynı zamanda tirelenemeyen bir EIF5A1 mutantının aşırı ekspresyonu intrinsik mitokondriyal yol yoluyla indüklenen apoptotik hücre ölümü. EIF5A1 seviyelerindeki artış, mitokondriyal membran potansiyelinde bir kayba neden oldu ve apoptotik marker B-hücresi lenfoma 2-ilişkili X(Bax)proteininin mitokondriye translokasyonu, sitokrom c'nin salınması ve kaspaz aktivasyonu ile sonuçlandı. Bu çalışmanın bir başka ilginç yönü, eIE5A aşırı ekspresyonuna sahip HeLa hücrelerinin proteomik analizinin mitokondriyal proteinlerin yukarı regülasyonunu göstermesiydi [124]. Bu nedenle, bu çalışmalarda, hyp-eIF5A ve tirelenmemiş elF5A protein seviyelerinin düzensizliği, mitokondriyal disfonksiyon ve apoptozu tetikledi.

Daha fazla bilgi için lütfen buraya tıklayın

Maya durumunda, yukarıda belirtildiği gibi, S.cerevisiae TIF51A geni tarafından kodlanan elF5A izoformunun oksijen varlığında büyüme için gerekli olduğu, TIF51B geni tarafından kodlanan izoformun ise hipoksik koşullarda indüklendiği erken tespit edilmiştir. [1]. Gerçekten de, Tif51A proteinindeki bir azalma, mitokondriyal solunum hızının düşmesine neden olur [107]. Fisyon mayasında Schizosaccharomyces pombe, DOHH genindeki (MMD1 geni tarafından kodlanan) bir nokta mutasyonu, sıcaklığa duyarlı büyümeye ve mitokondriyal morfoloji ve dağılımda kusurlara neden olur. Müsaade edilmeyen bir sıcaklıkta, mitokondriyal konumlandırmaya aracılık eden mikrotübüller, anormal organizasyon ve iki hücre ucunda toplanmış mitokondri sergiler [125]. Böbrek transplantasyonu, felç ve sıtma enfeksiyonu gibi farklı hastalık bağlamlarında yapılan son çalışmalar, eF5A ve mitokondri aktiviteleri arasındaki pozitif bağlantıyı vurgulayarak, düşük geçici durumlarda hücreleri korumanın bir yolu olarak hyp-eIF5A'nın inhibisyonuna işaret etti. aksi takdirde mitokondriyal hasara ve hücre ölümüne katkıda bulunan oksijen mevcudiyeti. Melis ve diğerleri(2017)[126]elF5A tireleme ile hipoksi/anoksiye hücresel direnç arasındaki olası bağlantıyı araştırdı. GC7- veya DHPS veya DOHH'nin RNA interferans aracılı inhibisyonu ile tedavinin, fare böbrek hücrelerinde anoksi kaynaklı hücre ölümünü önlediğini gösterdiler. Önemli olarak, GC7 tedavisi, mitokondriyal yeniden şekillenme ve ETC solunum zinciri komplekslerinin ekspresyonunun ve aktivitesinin aşağı regülasyonu ve azalmış mitokondriyal oksijen tüketim oranı ve zayıflatılmış anoksi kaynaklı ROS üretimi ile birlikte glikolize doğru tersinir bir metabolik kaymaya neden oldu. Birlikte, bu veriler, azaltılmış hyp-elF5A aktivitesinin mitokondriyal susturmaya yol açtığını göstermektedir. Bu, anoksinin neden olduğu hücre ölümünü önlemek için mitokondriyal susturmanın hyp-eIF5A inhibisyonu yoluyla yararlı etkilerini gösteren sıçan iskemisinin neden olduğu böbrek hasarı ve domuz böbrek nakli modellerinde doğrulandı [126]. Daha yakın zamanlarda, aynı grup, GC7 tedavisi ile eF5A inhibisyonunun, azalmış oksijen alımının eşlik ettiği beyin ölümü olan donörlerden böbreklerin transplantasyonu için ön koşullandırdığını göstermek için bir domuz transplantasyon modeli kullanmıştır ]127I. Spesifik olarak, GC7 tedavisi, mitokondri koruyucu proteinlerin (süperoksit dismutaz, heme oksijenaz ve diğerleri) ekspresyonunu ve dinaminle ilişkili protein I ekspresyonunu azaltarak ve mitofusin-2 ekspresyonunu artırarak mitokondriyal bütünlük/homeostazı artırarak antioksidan savunmaları koruyor görünmektedir. . Bu koruyucu etkiler daha iyi bir transplantasyon sonucu ile sonuçlanmıştır [127].cistanche dozajı redditHipoksik koşullar sırasında hyp-elF5A inhibisyonu yoluyla aktivitesini azaltarak mitokondriyal fonksiyonun korunması, bir fare serebral iskemi modeli ile çalışan aynı grup tarafından tekrar gösterildi. Mitokondriyal membran potansiyelinin kaybı, aşırı ROS üretimi, mitokondriden Ca2 salınımı ve dahili ATP'de bir azalma ile ortaya çıkan mitokondriyal işlev bozukluğuna bağlı nöronal hücre ölümünün bir özelliğidir. GC7 tedavisi, depolarizasyon ajanları ile tedavi edilen nöronlarda bu üç etkiyi azaltarak mitokondriyal membran potansiyelini korudu. In vivo, GC7 farelerde enfarktüs hacmini ve inme sonrası bilişsel eksiklikleri azalttı [128]. Farklı bir bağlamda, sıtma enfeksiyonu olan bebekler üzerinde yapılan çalışmalar, kardiyak ventriküler miyositlerin apoptozisi ile sonuçlanan hücresel hipoksinin paralel oluşumunu göstermiştir. İnsan kardiyomiyositlerinde in vitro bir sıtma enfeksiyonu modeli, GC7 tedavisi ile hyp-elF5A seviyelerinin azaltılmasının, hasarlı mitokondriden sitokrom c ve laktat salınımında bir azalmaya yol açtığını ve pro-inflamatuar ve pro-apoptotik miyokard kaspazını azalttığını belirledi{{11 }} aktivite. Bu sonuçlar, sıtmayı simüle eden bir in vitro modelde GC7'nin uygulanmasının, hipoksinin neden olduğu kardiyak hasarı önlediğini göstermektedir [129].

Cistanche yaşlanmayı geciktirebilir

Farklı modeller ve organizmalar üzerinde yapılan önceki tüm çalışmalar, hvpusinated eF5A'nın mitokondriyal solunum ve işlevi teşvik etmedeki olumlu rolünü açıkça göstermektedir, ancak aynı zamanda tirelenmiş olsun ya da olmasın fazla bir elF5A'nın mitokondriyal işlevi düzensizleştirdiğini de göstermektedir. Bu elF5A-mitokondri ilişkisinin altında yatan mekanizmalar henüz aydınlatılmaya başlanmaktadır ve aşağıdaki bölümlerde tartışılmaktadır.

5. Poliaminler Mitokondriyal Fonksiyonu Düzenler: eIF5A-Bağımlı ve Bağımsız Etkiler

Memeli hücresel poliamin seviyeleri sıkı bir şekilde kontrol edilir ve poliaminlerin (spermidin, spermin ve bunların öncüsü putresin) mitokondride [130-132] düzenleyici işlevler gerçekleştirdiği uzun zamandır bilinmektedir. Poliaminlerin tükenmesi oksidatif stresi tetikler ve sonuçta hücreleri apoptoza veya nekroza yönlendiren mitokondriyal geçirgenlik geçişini indükler [133]. Buna karşılık, depolarize mitokondriye sperminin eklenmesi, transmembran potansiyelini geri kazandırır [134]. Spermidinin ana rollerinden birinin elF5A tireleme için bir substrat olduğu göz önüne alındığında, mitokondri üzerindeki poliamin etkileri elF5A aracılığıyla gerçekleştirilebilir [12,130]. Bununla birlikte, diğer elF5A'dan bağımsız poliamin rollerinin mitokondriyal işlevi doğrudan hedefleyebileceği görülüyor. Örneğin, spermidinin, bir kusurun mitokondriyal solunumu tehlikeye attığı sitokrom c oksidazın (kompleks IV) alt birimlerinden biri olan COX4 mayasının ribozomal translasyon başlangıcını desteklediği bulunmuştur [135].cistanche özü faydalarıCOX4 mRNA translasyonunun başlatılması, ribozom şantı yoluyla spermidin tarafından yukarı regüle edilir, virüsler tarafından da kullanılan geleneksel olmayan bir translasyon başlatma modu ve 5' çevrilmemiş bölgede uzun bir firkete yapısının aracılık ettiği birkaç ökaryotik mRNA [136].cistanche cengiz hanelF5A'nın COX4 translasyonu ile ilgili olarak araştırılmamış olmasına rağmen, virüs enfeksiyonu [137] ve spesifik sitoplazmik mRNA'lar [138,139] sırasında diğer geleneksel olmayan translasyon başlatma modlarını desteklediği belgelenmiştir. Poliaminlerin mitokondriyi etkilediği mekanizmanın derinlemesine anlaşılması işlevi, elF5A aracılı ve bağımsız etkiler arasında ayrım yapmayı mümkün kılacaktır.

6. Ökaryotik Çeviri Başlatma Faktörü 5A'nın Hücre Altı Lokalizasyonu ve Mitokondri ile İlişkisi

Ökaryotik translasyon başlatma faktörü 5A, çoğunlukla sitoplazmada lokalize olan çok bol bir proteindir. Bununla birlikte, mitokondri de dahil olmak üzere diğer sitoplazmik olmayan lokalizasyonlar tarif edilmiştir, ancak bu alternatif hücre altı lokalizasyonunun kantitatif ve fonksiyonel önemi hala belirsizdir. Daha önce tartışıldığı gibi, ER membranında eF5A'nın hücre altı lokalizasyonundan biri, burada proteinlerin ER'ye ko-translasyonel translokasyonuna aracılık ediyor gibi görünmektedir [23,25.26]. Küçük boyutu nedeniyle nükleer gözenek komplekslerinden girebildiği çekirdekte de ökaryotik translasyon başlatma faktörü 5A tespit edilmiştir [140]. elF5A için nükleer ihracat, memelilerde (Xpo4) ve mayada (Pdr6)[30,140] bulunmuştur. elF5A'nın nükleer lokalizasyonu, tirelemeyi dışlıyor gibi görünen bir modifikasyon olan tersinir asetilasyonu ile düzenleniyor gibi görünmektedir ([141]'de gözden geçirilmiştir). Bu nedenle, mevcut fikir birliği, değiştirilmemiş eF5A'nın hücre boyunca dağıtıldığı, oysa asetillenmiş elF5A'nın çekirdekte ve hyp-elF5A'nın sitoplazmada birikmesidir. elF5A'nın nükleus-sitoplazma mekiğinin, bu işlev tam olarak anlaşılmasa da, spesifik mRNA'ların ve proteinlerin nükleer ihracatını kolaylaştırdığı öne sürülmüştür [141].

ElF5A'nın nükleer ihracatına Xolo/Crm1 aracılık ettiği de öne sürülmüştür, ancak daha sonraki sonuçlar Xolo'nun doğrudan bir elF5A dışa aktarımı olduğunu iddia etmektedir [24,57,142]. İlginç bir şekilde, Xpo1'in inhibisyonu, apoptozu indüklediği bir insan yumurtalık kanseri hücre hattındaki mitokondride elF5A proteininin birikmesini teşvik eder [143]. elF5A'nın sitoplazmada insülin benzeri büyüme faktörü 2 mRNA bağlayıcı protein (IGF2BP1) ile etkileşime girerek mitokondride elF5A birikmesini önlediği keşfedildi. Paul, IGF2BP1'in nükleer ihracatıdır; bu nedenle, IGFBP1'in Xpo1-aracılı nükleer ihracatının inhibisyonu, mitokondride elF5A'nın lokalizasyonu ile sonuçlanır. IGF2BP1 bu nedenle, mitokondride elF5A'nın lokalizasyonu ve pro-apoptotik fonksiyonun düzenleyicisi olarak görev yapar [143]. Diğer raporlar ayrıca elF5A'nın mitokondri ile ilişkili olduğunu öne sürdü. Metastatik olmayan bir nazofaringeal karsinom hücre hattına kıyasla bir metastatikte diferansiyel olarak eksprese edilen mitokondriyal proteinleri belirlemek için yapılan bir proteomik çalışmada, elfF5A, mitokondriyal redoks metabolizmasında, solunum elektron taşınmasında yer alan proteinlerle birlikte saflaştırılmış mitokondriden en indüklenen proteinlerden biriydi. mitokondriyal membran potansiyeli [144].

EIF5A1 insan geninin bazı mRNA transkript varyantlarının translasyonu sırasında, alternatif bir başlangıç ​​kodonunun kullanılması, N-terminal peptid dizisinde uzatılmış 30 amino asitli bir elF5A izoformuna yol açar [145]. Bu daha uzun elF5A izoformu, kanonik elF5A'dan çok daha az verimli bir şekilde çevrilir, ancak aynı zamanda tireleme ile modifikasyona da duyarlıdır. Genişletilmiş N-terminal sekansı, varsayılan bir mitokondriyal lokalizasyon sinyali içerir ve aslında, daha uzun elF5A izoformu insan HeLa hücrelerinde aşırı eksprese edildiğinde, mitokondri ile birlikte saflaştırıldı [145]. Daha yakın zamanlarda, aynı grup daha uzun elF5A izoformunun mitokondriyal fonksiyon üzerindeki rolünü araştırdı [146]. Kanonik olanı etkilemeden sadece daha uzun elF5A izoformunu tüketmek için spesifik bir siRNA kullandılar ve mitokondri biyogenezinde yer alan birkaç genin mRNA seviyelerinin aşağı regülasyonunu ve ayrıca HeLa hücrelerinde birkaç OXPHOS proteininin seviyelerinde bir azalmayı gözlemlediler. Kanonik elF5A'nın tükenmesinin sonuçlarının aksine, N-terminal uzatılmış elF5A izoformunun tükenmesi oksijen tüketiminde bir artışa yol açtı; bununla birlikte, aynı zamanda daha fazla ROS ve mitokondriyal parçalanma üretti ve BAK proapoptotik proteinin ekspresyonunu artırdı, bu da mitokondriyal dinamikler için daha uzun elF5A izoformunun gerekli olduğunu ve tükenmesinin mitokondriyal işlev bozukluğu ve apoptoz ile sonuçlandığını öne sürdü [146]. Oksijen tüketimindeki artış dışında, daha uzun elF5A izoformunu tüketmenin diğer etkileri, kanonik memeli elF5A izoformunu tüketirken veya inhibe ederken bulunanları özetler ve tireleme inhibisyonu veya RNA etkileşimi gibi kullanılan stratejilerin kanonik EIF5A1 dizisine karşı kullanılma olasılığını artırır. ayrıca longelF5A izoformu üzerinde de etkili olabilir.cistanche ömrü uzatmaBu nedenle, gözlemlenen sonuçlar, daha az ifade edilen izoformun eksikliğinin bir sonucu olabilir. Bu olasılık şu anda göz ardı edilemez ve bu noktayı netleştirmek için daha fazla çalışmaya ihtiyaç vardır. Yukarıda belirtilen çalışmalardan, elF5A'nın mitokondrideki rolünün, bu organel ile ilişkisiyle doğrudan bağlantılı olduğu çıkarılabilir, ancak bu hala belirsizdir.

7. Ökaryotik Çeviri Başlatma Faktörü 5A'nın Mitokondriyal Fonksiyondaki Moleküler Rolleri

Önceki bölümlerde gözden geçirilen çalışmalar, doğru mitokondriyal fonksiyon için elF5A'nın gerekli olduğunu göstermektedir; ancak sonuçlar hala kafa karıştırıcı. Burada, elF5A'nın mitokondriyal performansı etkileyebileceği farklı moleküler mekanizmalar öneren çok yeni çalışmaları gözden geçiriyoruz.

Puleston ve ark. (2019) [147] mitokondride elF5A'nın rolü hakkında bilgi veriyor. İlk olarak, yazarlar, hyp-elF5A'nın inhibisyonunun memeli hücrelerinde mitokondriyal OXPHOS'u sınırladığını ve sınırlı glikoliz koşulları altında solunumun arttırılması için hyp-eF5A'nın gerekli olduğunu gösterdi. Ayrıca yazarlar, OXPHOS'a bağlı bir fare makrofaj aktivasyon bağlamında, hyp-eF5A'nın inhibisyonunun, TCA döngüsünün aktivitesini azalttığını ve mRNA seviyelerini etkilemeden protein seviyesinde birçok mitokondriyal proteinin ekspresyonunu azalttığını gösterdiler. Bu sonuçlar, Melis ve ark. (2017)[126]. Puleston ve diğerleri (2019)[147] tarafından tanımlanan eIF5A'ya duyarlı mitokondriyal proteinler, ETC kompleks bileşenlerini, bazı TCA enzimlerini (örn., süksinil-CoA sentetaz ve süksinat dehidrojenaz) ve TCA besleme enzimlerini (örn., piruvat dehidrojenaz) içermiştir. Bununla birlikte, diğer TCA proteinleri daha az etkilenmiştir (örneğin, sitrat sentaz ve izositrat dehidrojenaz) ve glikoliz enzimleri etkilenmemiştir, bu da etkinin özgünlüğünü gösterir. Yazarlar, spesifik mitokondriyal hedefleme sinyallerinin (MTS'ler) çevirisinin hyp-elF5A'ya bağlı olma olasılığını araştırdı. Bazı hyp-eIF5A'ya duyarlı proteinlerin kütlesinin, raportör proteinlere kaynaştırıldığında hyp-eF5A'ya bağlı translasyon verimliliği sağlamak için yeterli olduğunu gösterdiler. Puleston ve diğerleri(2019)[147], hyp-eIF5A'nın, en azından kısmen, bazı mitokondriyal proteinlerin MTS'lerinin translasyonunu teşvik ederek mitokondriyal solunumu düzenlediği sonucuna varmıştır; bu, makrofaj sırasında olduğu gibi OXPHO'ların talepleri arttığında önemli bir adımdır. aktivasyon. MTS dizileri tekrarlayan amino asit dizileri içermesine ve translasyonu yavaşlatabilecek yüklü amino asitler bakımından zengin olmasına rağmen, yazarların belirttiği gibi, hyp-elF5A'nın bu MTS'lerin bazılarının translasyon verimliliğini nasıl etkilediği, ancak diğerlerininkini etkilemediği açık değildir. benzer küresel özelliklere sahip.

Böbrek iskemisi sırasında elF5A inhibisyonunun koruyucu rolüne ilişkin yeni araştırmalar, GC7 tedavisi üzerine aerobik oksidatif fosforilasyondan anaerobik glikolize doğru metabolik geçişi detaylandırmış ve bu tedavinin glukoz taşıyıcılarının ekspresyonunu düzenlediğini göstermiştir [148]. elF5A tireleme inhibisyonu altındaki proksimal böbrek hücrelerinde, oksijen tüketimi azaldı, ancak glikoz tüketimi ve laktat akışı, ayrıca glikoz ithalatına ve glikolize bağımlılık arttı, bu da özel anaerobik glikolize metabolik bir kayma olduğunu gösterdi. İn vitro ve in vivo GC7 inhibisyonu sırasında, renal proksimal hücrelerden glikoz akışı, kolaylaştırılmış glikoz taşıyıcısı GLUT1'in baskılanması yoluyla bozuldu, böylece proksimal hücrelerde glikoz kullanılabilirliği arttı. Bu sonuçlar, enerji gereksinimlerinin anaerobik glikolize geçişle karşılandığı hipoksi altında böbrek hücrelerinin hayatta kalmasını açıklar. Bununla birlikte, GLUT1'in varsayılan elF5A'ya bağlı peptit motifleri içermediği göz önüne alındığında, bu metabolik değişimin moleküler nedenleri belirsizdir. GLUT1'in inhibisyonundan kaynaklanan hücre içi glikoz seviyelerindeki artışın, bu GC7-aracılı metabolik değişimin bir nedeni mi yoksa sonucu mu olduğu da bilinmemektedir [148].

Yakın tarihli bir başka çalışma, eIF5A ile mitokondriyal füzyon süreci arasında moleküler bir bağlantı kurmuştur [149]. Yazarları, kardiyovasküler yeniden modelleme transkripsiyon faktörü Krüppel benzeri faktör 5'in (Klf5) vasküler yaşlanmadaki rolünü araştırdı ve Klf5'in doğrudan EIF5A promotörüne bağlandığını ve mitokondri bütünlüğünü korumak için transkripsiyonunu aktive ettiğini buldu. elF5A'nın Klf5 tarafından modülasyonu, eş zamanlı olarak ATP içeriğini, ROS üretimini ve mitokondriyal dinamikleri modüle etti. Önemli olarak, elF5A, mitokondriyal füzyon ve bütünlüğün önemli bir düzenleyicisi olan dış mitokondriyal zarın bir transmembran proteini olan mitofusin 1 (Mnf1) ile fiziksel olarak etkileşime girdi. Ökaryotik translasyon başlatma faktörleri 5A ve Mnf1, mitokondride birlikte yerleşmiş ve kaynaşmış mitokondri ağlarının oluşumunu kolaylaştırmıştır. Buna karşılık, Klf5 eksikliği veya vasküler yaşlanma sırasında elF5A'nın aşağı regülasyonu, mitokondriyal fisyonla sonuçlandı ve vasküler hastalığa yol açtı [149]. ElF5A'nın Mnf1 ile etkileşimi yoluyla mitokondriyal bütünlüğün korunduğu kesin mekanizmalar hala açıklığa kavuşturulmasa da, dengeli mitokondriyal füzyon ve fisyonun sadece mitokondriyal şekil, boyut ve sayıyı değil, aynı zamanda enerji metabolizmasını, hücre döngüsünü de koordine ettiği bilinmektedir. , mitofaji ve apoptoz [150].

Önceki bölümlerde değinildiği gibi, mitokondriyal fonksiyonun yaşla birlikte azaldığı iyi bilinmektedir [83]. Son birkaç yılda, model organizmalarda spermidin takviyesi ile yaşam süresinin uzatılması ve model organizmalarda ve insanlarda yaşlanmanın geciktirilmesi arasında güçlü bir bağlantı olduğunu göstermek için farklı in vitro ve in vivo modeller kullanılmıştır. Bu bağlantı yakın zamanda araştırılmıştır ve yaşlanmadaki spermidin etkilerine çoğunlukla mitokondriyal fonksiyonu koruyan spermidin kaynaklı elF5A tireleme aracılık eder.

Poliaminlerde bir azalmanın, yaşlanma sırasında memeli hücre kültürlerinde ve insan organlarında meydana geldiği uzun süredir belgelenmiştir [151,152]. 2009 yılında Eisenberg ve ark. (2009)[153] spermidinin eksojen ilavesinin maya, sinek, solucan ve insan hücrelerinde yaşam süresini uzattığını gösterdi. Spermidin ayrıca farelerde yaşa bağlı oksidatif stresi azalttı. Buna karşılık, poliamin tükenmesi maya ömrünü kısalttı ve ROS üretimini ve nekrozu arttırdı. Yazarlar, spermidin ile indüklenen uzun ömür ile histon H3'ün hipoasetilasyonu arasında bir korelasyon gözlemlediler, bu da ATG7, ATG11 ve ATG15 otofaji genlerinin yukarı regülasyonuna yol açtı ve test edilen tüm model organizmalarda otofajiyi teşvik etti, bunun poliamin için çok önemli olduğu gösterildi. - geliştirilmiş uzun ömür [153].

Spermidin takviyesinin yaşlanma üzerindeki yararlı etkileri, farklı organizmalarda, otofajinin teşvik edilmesiyle bağlantılı yaşa bağlı farklı yönlerle ilişkili olarak [154,155], fakat aynı zamanda bağımsız olarak [156] da rapor edilmiştir. Spermidinin, diğer faydalı etkilerin yanı sıra kardiyovasküler yaşlanmayı iyileştirdiği, hafızayı iyileştirdiği ve kanser mortalitesini azalttığı kanıtlanmıştır [157].cistanche nzElF5A'nın indüklenmiş tirelenmesi yoluyla spermidin etkilerine aracılık ettiği, yakın zamanda yaşlı erişkinlerde B-hücresi bağışıklığı çalışmalarında gösterilmiştir. Spermidin destekli elF5A tireleme, otofajiyi teşvik ederek yaşlı farelerde B-hücresi bağışıklığını restore etti [43]. Hyp-elF5A, amino asit dizisinde poliprolin motifleri içeren otofaji transkripsiyon faktörü TFEB'nin translasyonu yoluyla otofajiyi sürdürdü. Yaşlanma sırasında, hyp-eF5A ve spermidin ile birlikte TFEB düzeylerinde bir düşüş olur ve bu da bağışıklık sisteminde başarısızlıklara yol açar [43]. Şaşırtıcı bir şekilde, bu çalışmada GC7 ile tedavi edilen birincil B hücreleri ile yürütülen bir proteomik analiz, TFEB ekspresyonunun azaldığını gösterdi, ancak daha önce gösterilen memeli ve Caenorhabditis elegans otofajisi elF5A hedef ATG3'ü göstermedi [42], bu da hücresel bağlamın etkisini ortaya koydu. Hem ATG3 hem de TFEB, elF5A bağımlılığına duyarlı poliprolin motifleri içerir ve hyp-elF5A ile otofaji arasında mekanik bir bağlantı sağlar, ancak protein dizisinde tek başına poliprolin motiflerinin varlığı, her durumda hip-ini inhibe ederek protein seviyelerinin düşmesine neden olmak için yeterli görünmemektedir. eIF5A [43,158].

Spermidinin yaşa bağlı semptomları azaltma üzerindeki olumlu etkileri ile hyp-elF5A'nın fonksiyonel mitokondriyi korumadaki rolü arasındaki mekanik bağlantılar çok yakın tarihli çalışmalarda araştırılmıştır. Schroeder ve arkadaşları(2021)[159]yaşlı fareler üzerinde çalışmış ve diyet spermidinin kan-beyin bariyerini geçerek hipokampal elF5A tirelenmesini artırdığını bulmuşlardır. Spermidin ile beslenen yaşlı fareler, çeşitli bilişsel testlerde iyileşmeler gösterdi. Yazarlar ayrıca fare beyninde ve sineklerde daha yüksek mitokondriyal solunum olduğunu gösterdi, ancak farelerdeki sonuçlar cinsiyete ve yaşa bağlıydı. Daha önce, yaşlanma ve nörodejenerasyon sırasında mitokondriyal kalite kontrolü için otofajinin çok önemli olduğu öne sürülmüştü [160]. Buna göre, Drosophila'da, temel otofaji geni Atg7'nin aşağı regülasyonu, mitofajiyle ilişkili PTEN kaynaklı varsayılan kinaz (Pink1) ve insan E3 ubiquitin ligaz Parkin (Park) homologu, solunumda spermidin aracılı iyileşmeyi ortadan kaldırdı [159] . Bu sonuçlar, nörodejenerasyon ve yaşlanmanın spermidin inhibisyonunun PINK1'e ve mitofajiye aracılık eden solucan Parkin ortologu PDR1'e bağlı olduğu C.elegans'ta [161] elde edilen sonuçlarla uyumludur.

Spermidinin mitokondriyal ve beyin biliş sağlığı üzerindeki faydalı etkilerine efektör eIF5A aracılık edebilir [159,162]. Spermidin takviyesi altında yaşlanan Drosophila, OXPHOS'ta yer alan daha yüksek protein seviyeleri içeriyordu, ancak karşılık gelen mRNA'nın daha yüksek seviyelerini içermiyordu ve bu, beyinlerde daha yüksek maksimum solunum ve mitokondriyal bolluk ile ilişkiliydi. Yaşlı Drosophila beyinlerinde spermidin ve hyp-elF5A seviyeleri düştü ve her ikisi de çok yaşlı Drosophila beyinlerinde olmasa da orta yaşa kadar poliamin takviyesi ile artırılabilir. Sinek beyninde elF5A tirelemesinin kısmen azaltılması için farklı genetik yaklaşımlar, mitokondriyal solunumun azalmasına yol açtı ve nicel proteomik analiz, mitokondri proteinlerinin, özellikle OXPHOS proteinlerinin aşağı regülasyonunu gösterdi. İlginç bir şekilde, spermidin takviyesinin neden olduğu mitokondriyal fonksiyon üzerindeki olumlu etkilerin çoğu, sinek beyinlerinde hyp-eF5A'nın azaltılmasıyla ortadan kaldırıldı. Liang ve diğerleri(2021)162] ayrıca, spermidin ilavesiyle sineklerde, farelerde ve diğer organizmalarda elde edilen daha önce bahsedilen uzatılmış yaşam süresinin nedeninin elF5A tirelenmesi olup olmadığını da araştırdı [153,163,164]. Tireleme eksikliği olan sineklerde yaşam süresinin uzatıldığını gözlemlediler [162]. Son olarak, spermidin yaşlı sineklerin lokomotif ve hafıza fonksiyonlarındaki düşüşü iyileştirirken, elF5A tirelemesinin zayıflaması bu yaşa zararlı etkileri arttırdı ve daha da önemlisi, spermidinin hareket ve hafıza üzerindeki olumlu etkileri elF5A hiposin ile zayıflatılmış hayvanlarda çoğunlukla kayboldu. . Bu son sonuçlar, deoksihipusin sentaz aktivitesinde bir azalmanın insanlarda nörogelişimsel bir bozuklukla ilişkilendirildiği yakın tarihli başka bir çalışma ile uyumludur [165]. Liang ve diğerleri(2021)[162] tarafından rapor edilen sonuçlar, spermidinin yaşlı mitokondri performansı üzerindeki faydalı etkileri ile elF5A tireleme ile beyin fonksiyonları arasındaki moleküler bağlantıyı pekiştirmesine rağmen, Schroeder ve diğerleri (2021)[159] bir rolü olduğuna işaret etti. hyp-elF5A'nın otofaji/mitofajiyle mitokondriyal kalite kontrolünü sürdürmede, mekanik moleküler ayrıntılar hala eksiktir ve otofaji/mitofajinin mitokondriyal performansa doğrudan nasıl fayda sağladığı tam olarak anlaşılmamıştır.

8. eIF5A'nın Kontrolü Altındaki Mitokondriyal Süreçlerin ve Hedeflerin Belirlenmesine İlişkin Perspektifler

elF5A'ya atfedilen ana moleküler rol, elF5A'ya bağlı motifler içeren spesifik protein alt kümelerinin translasyonunu kolaylaştırmaktır [10,11]. Bununla birlikte, elF5A'nın RNA'ları bağlama ve metabolizmalarını düzenleme kapasitesi ile ilgili daha az karakterize edilmiş başka moleküler roller önerilmiştir. Yukarıdaki sonuçlardan, OXPHOS ve mitokondriyal fonksiyonu korumak için uygun hyp-elF5A seviyelerinin gerekli olduğu açıktır. Yukarıda açıklanan çalışmalar, elF5A'nın, glikoz taşıyıcılarının düzenlenmesi yoluyla aerobik metabolizmayı sürdürmek için metabolitlerin mitokondriye akışının düzenlenmesinde, etkileşim yoluyla mitokondriyal dinamiklerin sürdürülmesinde, elF5A'ya bağlı MTS içeren spesifik mitokondriyal proteinlerin translasyonunda rol oynayabileceğini öne sürmüştür. mitokondriyal füzyonda (Mnf1) yer alan proteinlerle, ATG3 ve TFEB sentezini kolaylaştırarak otofajiyi teşvik etmede veya özellikle PINK1 ve Park proteinlerine bağlı bir mekanizma yoluyla mitofajide. Bu rolleri ayırt etmek ve kanıtlamak için, elF5A'nın doğrudan kontrolü altındaki spesifik moleküler süreci ve/veya spesifik protein hedeflerini ve koşullarını tanımlamak gerekli olacaktır.

Doğrudan elF5A'ya bağlı translasyon için mitokondriyal protein adaylarını belirleme girişiminde, S. cerevisiae mitokondriyal proteomunda elF5A'ya bağlı ribozom durmasına neden olan peptit motiflerini aradık [11. 1117 nükleer kodlu mitokondriyal proteinlerdeki elF5A motif bolluğunun toplam maya proteinlerindekinden sadece biraz daha yüksek olduğunu bulduk, ancak bu motifler 10 mitokondriyal DNA ile kodlanmış proteinlerde nadiren temsil ediliyor(Şekil 2). TCA döngüsüne dahil olan proteinler, toplam maya proteomundaki ortalamadan (2.8 motif/protein) ve OXPHOS proteinlerindekinden (1.8 motif/protein) çok daha yüksek bir ortalama 3.3 motif/protein gösterir. Bununla birlikte, en çok temsil edilen eIF5A'ya bağlı motifler, TCA ve OXPHOS proteinlerinde aynıydı (GGA, GGG ve KPG), sadece iki PPP motifi ile: biri süksinil-CoA ligaz(Lsc1)TCA enziminde ve diğeri alt birimde TCA döngüsüne ve OXPHOS'a katılan süksinat dehidrojenazın (Sdh4).

Şekil 2. Saccharomyces cerevisiae mitokondriyal proteinlerde elF5A'ya bağlı motiflerin dağılımı. Tüm maya genomunun proteinlerinde (a), nükleer olarak kodlanmış mitokondriyal proteinlerde (b), mitokondriyal kodlanmış proteinlerde (c), en yüksek skorlu 43 elF5A'ya bağımlı ribozom duraklatan tri-peptid motifinin [1l] dağılımı, trikarboksilik asit (TCA) döngüsü(d), oksidatif fosforilasyon (OXPHOS)(e) ve mitokondriyal organizasyon Gen Ontolojisi fonksiyonel kategorisinde (f). Tablo, en az bir PPP motifi ile bir mitokondriyal organizasyonda yer alan proteinleri göstermektedir. Protein duraklama indeksi (PPI), her bir proteinin amino asit dizisinde bulunan en yüksek 43 elF5A-bağımlı tri-peptid motifinin [11] her birinde elF5A'nın tükenmesiyle tetiklenen ribozom duraklamasının nicel değerinin toplamı olarak hesaplanır. ve translasyonları için varsayılan olarak elF5A'ya daha bağımlı olan proteinlerde daha yüksektir. Daha uzun poliprolin motifleri olan maya mitokondriyal proteinleri için yapılan bir araştırma, Ytal2, Srv2 ve Tim50'nin sırasıyla dokuz, altı ve yedi ardışık prolin uzantıları içerdiğini gösterdi(Şekil 2). Yta12(insan AFG3L2'sine benzer), Afg3 ve Yta12 proteinlerinden oluşan ve iç mitokondriyal membranda yer alan korunmuş mitokondriyal m-AAA proteazının bir parçasıdır (Şekil 3). Ytal2/Afg3, protein olgunlaşmasına aracılık ederek mitokondriyal proteostazı düzenler ve bozunma ve mitokondriyal enzim komplekslerinin doğru montajı için gereklidir [166]. İlginç bir şekilde, Ytal2/Afg3 kompleksi, ETC'nin bir parçası olan sırasıyla sitokrom oksidaz ve sitokrom b'nin alt birimi 1'i kodlayan COXT ve COB intronlarını içeren mitokondriyal mRNA'ların eklenmesinde de rol oynar. Bu nedenle, Yta12/Yta10'daki eksiklik, diğer etkilerin yanı sıra eksik ETC montajından dolayı düşük solunuma neden olur[167]. Srv2 (insan CAP1 ve CAP2'ye homolog), mitokondride aktin montajına aracılık eder ve Srv2'nin silinmesi, uzamış hiper kaynaşmış mitokondriye neden olur ve solunumu azaltır. İlginç bir şekilde, Srv2 mitokondriyal fisyon GTPase Dnm1/DRP1 [168] ile etkileşime girer. Son olarak, Tim50 (insan TIMM50'sinin bir homologu), MTS'lerinin tanınması yoluyla mitokondriyal proteinlerin çoğunun ithaline aracılık eden mitokondriyal iç zar TIM23 kompleksinin temel bir alt birimidir(Şekil 3)[169]. Bu üç protein, elF5A'nın mitokondriyal fonksiyon üzerindeki etkilerine aracılık etmek için cazip adaylar olsa da, poliprolin uzantılarının varlığı, elF5A'ya bağımlılık yaratmak için yeterli bir gereklilik değildir [43,158]. Gelecekteki çalışmalar, elF5A ile daha önce tarif edilen hyp-eIF5A'ya duyarlı mitokondriyal proteinler arasındaki kesin mekanik bağlantıları belirleyecek ve yeni mitokondriyal hedef proteinleri ve elF5A'nın kontrolü altındaki süreçleri tanımlayacaktır (Şekil 3).

Şekil 3. ElF5A'nın hücresel işlevleri ve mitokondriyal aktiviteyi sürdürmedeki rolü için model. elF5A'nın farklı hücresel süreçlerde yer aldığı bilinmektedir, ancak bunlardan en alakalı ve mitokondriyal ilişkili olanlar Şekilde temsil edilmektedir. Ribozomlara bağlı olan hyp-elF5A, spesifik motiflerde [10,11] translasyon uzamasını ve ayrıca ER-bağlı translasyonu [23,25,26] kolaylaştırır. Çekirdekte, eIF5A belirli mRNA'ları ve proteinleri [141] ihraç etmeye yardımcı olur.elF5A, mitokondriyal aracılı apoptozu [124,146] indüklemek için gerekli olduğu ve aynı zamanda hücre ölümüne yol açtığı tanımlandığı için apoptozda tartışmalı bir rol oynar. engellendiğinde [133]. Hyp-elF5A, otofaji faktörleri ATG3(otofaji ile ilgili 3) ve TFEB (transkripsiyon faktörü EB)[42A43]'ün çevirisi yoluyla otofajiyi destekler. Artan kanıtlar, hyp-elF5A ile mitokondriyal fonksiyon arasında doğrudan bir bağlantı olduğunu göstermektedir. Mitokondri [143-146] ile ilişkisine ek olarak, her iki TCA'nın bazı proteinlerinin hyp-elF5A inhibisyonu altında doğrudan veya dolaylı olarak etkilendiği tarif edilmiştir [126,147]. Ayrıca hyp-eF5A'nın ATG7 (Otofaji İle İlgili 7), Pink1 (mitofajiye bağlı PTEN ile indüklenen varsayılan kinaz) ve Park (E3 ubiquitin ligaz Parkin) proteinleri aracılığıyla mitofajiye aracılık edebileceği öne sürülmüştür [170]. Nükleer kodlanmış proteinlerin mitokondriyal taşınmasında ve mitokondriyal organizasyonda yer alan diğer proteinler, varsayılan elF5A hedefleri olarak kabul edilir (Şekil 2). Bunların arasında, mitokondriyal iç zar integral proteinleri Yta12 (Yta12/Afg3 kompleksinin proteazı ve insan AFG3L2'sinin maya homologu) ve Tim50 (TIM23 kompleksinin temel alt birimi ve insan TIMM50'nin maya homologu), aminolarında uzun poliprolin uzantıları içerir. asit dizileri, çevirileri için elF5A'ya olası bir bağımlılık ve dolayısıyla hyp-elF5A ile mitokondriyal fonksiyon arasında olası bir bağlantı olduğunu düşündürür. Şekil işleme BioRender yazılımı kullanılarak gerçekleştirilmiştir.

Yazar Katkıları:Kavramsallaştırma, MB-A. ve PA; yazma—orijinal taslak hazırlama, MB-A.ve PA; yazma—inceleme ve düzenleme, MB-A.ve PA; finansman edinimi, PAAll yazarları, makalenin yayınlanan versiyonunu okudu ve kabul etti.

Finansman:Bu araştırma, Generalitat Valenciana(AICO/2020/086) ve İspanya Bilim ve Yenilik Bakanlığı (PID2020-120066RB-I00) tarafından PAMB-A'ya finanse edildi. İspanya Bilim, Yenilik ve Üniversiteler Bakanlığı'ndan doktora öncesi bursu (FPU2017/03542) almıştır.

Teşekkür:Yazarlar, GFL laboratuvarının tüm üyelerinin desteğini kabul eder.

Çıkar çatışmaları:Yazarlar herhangi bir çıkar çatışması beyan etmemektedir. Finansörlerin çalışmanın tasarımında hiçbir rolü yoktu; makalenin yazılmasında veya sonuçların yayınlanması kararında.

Bu makale Int. J. Mol. bilim 2022, 23, 1284. https://doi.org/10.3390/ijms23031284 https://www.mdpi.com/journal/ijms