Peranan EIF5A dalam Fungsi Mitokondria Bahagian 2

Sila hubungioscar.xiao@wecistanche.comuntuk maklumat lanjut

4. Pautan antara elF5A dan Fungsi Mitokondria

Terdapat bukti hubungan antara elF5A, enzim sempangnya dan substrat spermidin substrat sempang serta fungsi mitokondria sejak sekian lama, tetapi jumlah semua data masih memberikan gambaran yang tidak sepenuhnya jelas dan kadangkala kelihatan bercanggah. Di satu pihak, laporan yang berbeza telah mendokumenkan bahawa kedua-dua kecacatan dan lebihan elfF5A menghasilkan kesan yang merosakkan pada fungsi mitokondria. Sebagai contoh, dalam sel otot jantung tikus, ekspresi berlebihan elF5A yang disebabkan oleh agen antitumor doxorubicin mengakibatkan peningkatan beransur-ansur dalam ROS dan peningkatan dalam Ca2 ditambah kemasukan dalam mitokondria [54]. Perubahan ini dikaitkan dengan kehilangan potensi transmembran mitokondria dan induksi apoptosis, manakala gangguan ekspresi EIF5A1 mengurangkan apoptosis. Keputusan ini adalah dalam persetujuan yang baik dengan keputusan yang dilaporkan oleh Sun et al.(2010)[124], yang diperolehi dalam sel manusia di mana ekspresi berlebihan EIF5A1 telah dirangsang oleh jangkitan virus, tetapi juga ekspresi berlebihan mutan EIF5A1 yang tidak dapat ditanda sempang. menyebabkan kematian sel apoptosis melalui laluan mitokondria intrinsik. Peningkatan tahap EIF5A1 menyebabkan kehilangan potensi membran mitokondria dan mengakibatkan translokasi penanda apoptotik limfoma sel B 2-protein X(Bax) yang berkaitan ke mitokondria, pembebasan cytochrome c dan pengaktifan caspase. Satu lagi aspek yang menarik dalam kajian ini ialah analisis proteomik sel HeLa dengan overexpression eIE5A menunjukkan peningkatan regulasi protein mitokondria [124]. Oleh itu, dalam kajian ini, disregulasi tahap protein hyp-eIF5A dan elF5A yang tidak diselaraskan menimbulkan disfungsi mitokondria dan apoptosis.

Sila klik di sini untuk mengetahui lebih lanjut

Dalam kes yis, seperti yang dirujuk di atas, ia telah dikenal pasti awal bahawa isoform elF5A yang dikodkan oleh gen S.cerevisiae TIF51A diperlukan untuk pertumbuhan dengan kehadiran oksigen, manakala isoform yang dikodkan oleh gen TIF51B diinduksi dalam keadaan hipoksik. [1]. Sesungguhnya, pengurangan dalam protein Tif51A menyebabkan kadar respirasi mitokondria menurun [107]. Dalam yis pembelahan Schizosaccharomyces pombe, mutasi titik dalam gen DOHH (dikodkan oleh gen MMD1) menyebabkan pertumbuhan sensitif suhu dan kecacatan dalam morfologi dan pengedaran mitokondria. Pada suhu tidak permisif, mikrotubul, yang menjadi pengantara kedudukan mitokondria, memaparkan organisasi menyimpang dan mitokondria yang diagregatkan pada dua hujung sel [125]. Kajian terkini dalam konteks penyakit yang berbeza, seperti pemindahan buah pinggang, strok, dan jangkitan malaria, telah menyerlahkan hubungan positif antara aktiviti eF5A dan mitokondria, menunjuk kepada perencatan hyp-eIF5A sebagai cara untuk melindungi sel di bawah situasi sementara yang rendah. ketersediaan oksigen yang sebaliknya menyumbang kepada kerosakan mitokondria dan kematian sel. Melis et al.(2017)[126]menyiasat kemungkinan hubungan antara tanda sempang elF5A dan rintangan selular terhadap hipoksia/anoksia. Mereka menunjukkan bahawa rawatan dengan GC{16}}atau perencatan pengantara gangguan RNA bagi DHPS atau DOHH menghalang kematian sel akibat anoksia dalam sel buah pinggang tikus. Yang penting, rawatan GC7 mendorong pergeseran metabolik yang boleh diterbalikkan ke arah glikolisis yang disertai dengan pembentukan semula mitokondria dan penurunan regulasi ekspresi dan aktiviti kompleks rantai pernafasan ETC bersama-sama dengan penurunan kadar penggunaan oksigen mitokondria dan penjanaan ROS yang disebabkan oleh anoksia yang dilemahkan. Bersama-sama, data ini menunjukkan bahawa aktiviti hyp-elF5A yang dikurangkan membawa kepada pembungkaman mitokondria. Ini telah disahkan dalam kecederaan buah pinggang yang disebabkan oleh iskemia tikus dan model pemindahan buah pinggang babi, yang menunjukkan kesan berfaedah pembungkaman mitokondria melalui perencatan hyp-eIF5A untuk mencegah kematian sel yang disebabkan oleh anoksia [126]. Baru-baru ini, kumpulan yang sama menggunakan model pemindahan babi untuk menunjukkan bahawa perencatan eF5A oleh rawatan GC7 telah membuat prasyarat buah pinggang untuk pemindahan daripada penderma dengan kematian otak, yang disertai dengan pengurangan pengambilan oksigen ]127I. Khususnya, rawatan GC7 nampaknya mengekalkan pertahanan antioksidan dengan meningkatkan ekspresi protein yang melindungi mitokondria (superoxide dismutase, heme oxygenase, dan lain-lain) dan integriti/homeostasis mitokondria dengan mengurangkan ekspresi protein I berkaitan dinamin dan meningkatkan ekspresi mitofusin-2 . Kesan perlindungan ini menghasilkan hasil pemindahan yang lebih baik [127].dos cistanche redditPemeliharaan fungsi mitokondria dengan mengurangkan aktivitinya semasa keadaan hipoksia melalui perencatan hyp-elF5A ditunjukkan sekali lagi oleh kumpulan yang sama yang bekerja dengan model iskemia serebrum tikus. Kehilangan potensi membran mitokondria adalah ciri kematian sel neuron yang dikaitkan dengan disfungsi mitokondria yang berlaku dengan pengeluaran ROS yang berlebihan, pelepasan Ca² daripada mitokondria, dan penurunan dalam ATP dalaman. Rawatan GC7 mengurangkan ketiga-tiga kesan ini dalam neuron yang dirawat dengan agen depolarisasi, memelihara potensi membran mitokondria. Dalam vivo, GC7 mengurangkan jumlah infark dan defisit kognitif selepas strok pada tikus [128]. Dalam konteks yang berbeza, kajian ke atas bayi dengan jangkitan malaria telah menunjukkan kejadian selari hipoksia selular yang mengakibatkan apoptosis miosit ventrikel jantung. Model in vitro jangkitan malaria dalam kardiomiosit manusia menentukan bahawa pengurangan tahap hyp-elF5A oleh rawatan GC7 membawa kepada penurunan dalam pembebasan sitokrom c dan laktat daripada mitokondria yang rosak dan mengurangkan caspase miokardium pro-radang dan pro-apoptosis{{11 }} aktiviti. Keputusan ini menunjukkan bahawa pentadbiran GC7 dalam model in vitro simulasi malaria menghalang kerosakan jantung yang didorong oleh hipoksia [129].

Cistanche boleh anti-penuaan

Semua kajian terdahulu mengenai model dan organisma yang berbeza dengan jelas menunjukkan peranan positif eF5A yang dihidupkan dalam menggalakkan pernafasan dan fungsi mitokondria, tetapi juga menunjukkan bahawa lebihan elF5A, ditanda sempang atau tidak, menyahkawal fungsi mitokondria. Mekanisme yang mendasari hubungan elF5A-mitokondria ini hanya mula dijelaskan dan dibincangkan dalam bahagian berikut.

5. Poliamina Mengawal Fungsi Mitokondria: Kesan Bergantung dan Bebas eIF5A

Tahap poliamina selular mamalia dikawal ketat dan telah lama diketahui bahawa poliamina (spermidin, spermine, dan prekursor putrescine) melaksanakan fungsi pengawalseliaan dalam mitokondria [130-132]. Penipisan poliamina menimbulkan tekanan oksidatif dan mendorong peralihan kebolehtelapan mitokondria yang akhirnya membawa sel kepada apoptosis atau nekrosis [133]. Sebaliknya, penambahan spermine kepada mitokondria terdepolarisasi memulihkan potensi transmembran [134]. Kesan poliamina pada mitokondria boleh dilaksanakan melalui elF5A, memandangkan salah satu peranan utama spermidine adalah sebagai substrat untuk sempang elF5A [12,130]. Walau bagaimanapun, nampaknya peranan poliamina bebas elF5A lain mungkin menyasarkan fungsi mitokondria secara langsung. Sebagai contoh, didapati bahawa spermidine menggalakkan permulaan terjemahan ribosom COX4 yis, salah satu subunit cytochrome c oxidase (kompleks IV) di mana kecacatan menjejaskan respirasi mitokondria [135].faedah ekstrak cistanchePermulaan terjemahan mRNA COX4 dikawal oleh spermidine melalui shunting ribosom, mod permulaan terjemahan tidak konvensional yang juga digunakan oleh virus dan beberapa mRNA eukariotik yang dimediasi oleh struktur jepit rambut yang dilanjutkan di rantau 5′tidak diterjemahkan [136].cistanche genghis khanWalaupun elF5A belum disiasat berhubung dengan terjemahan COX4, ia telah didokumenkan untuk mempromosikan mod bukan konvensional lain bagi permulaan terjemahan semasa jangkitan virus [137] dan untuk mRNA sitoplasma tertentu [138,139]. Pemahaman mendalam tentang mekanisme yang mana poliamina mempengaruhi mitokondria. fungsi akan memungkinkan untuk membezakan antara elF5A-mediated dan kesan bebas.

6. Faktor Permulaan Terjemahan Eukariotik Penyetempatan Subselular 5A dan Perkaitannya dengan Mitokondria

Faktor permulaan terjemahan eukariotik 5A adalah protein yang sangat banyak yang kebanyakannya disetempat dalam sitoplasma. Walau bagaimanapun, penyetempatan bukan sitoplasma lain telah diterangkan, termasuk mitokondria, walaupun kaitan kuantitatif dan fungsi penyetempatan subselular alternatif ini masih tidak jelas. Seperti yang dibincangkan sebelum ini, salah satu penyetempatan subselular eF5A dalam membran ER, di mana nampaknya mengantara translokasi translasi bersama protein ke dalam ER [23,25.26]. Faktor permulaan terjemahan eukariotik 5A juga telah dikesan dalam nukleus, yang boleh masuk melalui kompleks liang nuklear kerana saiznya yang kecil [140]. Eksportin nuklear untuk elF5A telah ditemui dalam mamalia (Xpo4) dan dalam yis (Pdr6) [30,140]. Penyetempatan nuklear elF5A nampaknya dikawal oleh asetilasi boleh baliknya, pengubahsuaian yang nampaknya mengecualikan tanda sempang (disemak dalam [141]). Oleh itu, konsensus semasa ialah eF5A yang tidak diubah suai diedarkan ke seluruh sel, manakala elF5A asetilasi terkumpul dalam nukleus dan hyp-elF5A dalam sitoplasma. Pengangkutan nukleus-sitoplasma elF5A telah dicadangkan untuk memudahkan eksport nuklear mRNA dan protein tertentu, walaupun fungsi ini tidak difahami dengan jelas [141].

Ia juga telah dicadangkan bahawa eksport nuklear elF5A dimediasi oleh Xolo/Crm1, walaupun keputusan kemudiannya membantah Xolo sebagai pengeksport langsung elF5A [24,57,142]. Menariknya, perencatan Xpo1 menggalakkan pengumpulan protein elF5A dalam mitokondria dalam barisan sel kanser ovari manusia, di mana ia mendorong apoptosis [143]. Telah didapati bahawa elF5A berinteraksi dengan faktor pertumbuhan insulin 2 mRNA-binding protein (IGF2BP1) dalam sitoplasma, menghalang pengumpulan elF5A dalam mitokondria. Paul ialah pengeksport nuklear IGF2BP1; oleh itu, perencatan eksport nuklear pengantara Xpo1-IGFBP1 menghasilkan penyetempatan elF5A dalam mitokondria. Oleh itu, IGF2BP1 bertindak sebagai pengawal selia penyetempatan elF5A dan fungsi pro-apoptosis dalam mitokondria [143]. Laporan lain juga telah mencadangkan bahawa elF5A dikaitkan dengan mitokondria. Dalam kajian proteomik untuk menentukan protein mitokondria yang dinyatakan secara berbeza dalam metastatik berbanding dengan garis sel karsinoma nasofaring bukan metastatik, elfF5A adalah salah satu protein yang paling teraruh daripada mitokondria yang telah disucikan, bersama-sama dengan protein yang terlibat dalam metabolisme redoks mitokondria, pengangkutan elektron pernafasan, dan potensi membran mitokondria [144].

Semasa terjemahan beberapa varian transkrip mRNA gen manusia EIF5A1, penggunaan kodon permulaan alternatif menimbulkan isoform elF5A dengan 30 asid amino yang dilanjutkan pada urutan peptida terminal-N [145]. Isoform elF5A yang lebih panjang ini adalah kurang cekap diterjemahkan daripada elF5A kanonik, tetapi ia juga terdedah kepada pengubahsuaian melalui tanda sempang. Urutan N-terminal yang dilanjutkan mengandungi isyarat penyetempatan mitokondria yang diduga dan, sememangnya, apabila isoform elF5A yang lebih panjang diekspresikan secara berlebihan dalam sel HeLa manusia, ia telah disucikan bersama dengan mitokondria [145]. Baru-baru ini, kumpulan yang sama menyiasat peranan isoform elF5A yang lebih panjang pada fungsi mitokondria [146]. Mereka menggunakan siRNA khusus untuk menghabiskan hanya isoform elF5A yang lebih panjang tanpa menjejaskan yang kanonik dan memerhatikan pengurangan tahap mRNA beberapa gen yang terlibat dalam biogenesis mitokondria, serta pengurangan tahap beberapa protein OXPHOS dalam sel HeLa. Bertentangan dengan keputusan penyusutan elF5A kanonik, penyusutan isoform elF5A lanjutan terminal-N menyebabkan peningkatan dalam penggunaan oksigen; Walau bagaimanapun, ia juga menghasilkan lebih banyak ROS dan pemecahan mitokondria, dan meningkatkan ekspresi protein pro-apoptosis BAK, menunjukkan bahawa isoform elF5A yang lebih panjang diperlukan untuk dinamik mitokondria dan pengurangannya mengakibatkan disfungsi mitokondria dan apoptosis [146]. Kecuali untuk peningkatan dalam penggunaan oksigen, kesan lain daripada penyusutan isoform elF5A yang lebih panjang menyusun semula yang ditemui apabila menyusut atau menghalang isoform elF5A mamalia kanonik, meningkatkan kemungkinan strategi yang digunakan, seperti perencatan tanda sempang atau gangguan RNA, terhadap jujukan EIF5A1 kanonik juga boleh bertindak pada isoform lengthelF5A.lanjutan hayat cistancheOleh itu, keputusan yang diperhatikan mungkin akibat kekurangan isoform yang kurang dinyatakan. Kemungkinan ini tidak boleh diketepikan pada masa ini dan kerja lanjut diperlukan untuk menjelaskan perkara ini. Daripada kerja-kerja yang disebutkan di atas, boleh disimpulkan bahawa peranan elF5A dalam mitokondria dikaitkan secara langsung dengan perkaitannya dengan organel ini, tetapi ini masih tidak pasti.

7. Faktor Permulaan Terjemahan Eukariotik Peranan Molekul 5A dalam Fungsi Mitokondria

Kajian yang disemak dalam bahagian sebelumnya menunjukkan bahawa elF5A diperlukan untuk fungsi mitokondria yang betul; namun, hasilnya masih membingungkan. Di sini, kami mengkaji kerja-kerja terkini yang mencadangkan mekanisme molekul yang berbeza di mana elF5A boleh menjejaskan prestasi mitokondria.

Keputusan yang dibentangkan oleh Puleston et al. (2019) [147] mendedahkan tentang peranan elF5A dalam mitokondria. Pertama, pengarang menunjukkan bahawa perencatan hyp-elF5A mengehadkan OXPHOS mitokondria dalam sel mamalia dan hyp-eF5A itu diperlukan untuk meningkatkan pernafasan di bawah keadaan glikolisis terhad. Tambahan pula, pengarang menunjukkan dalam konteks pengaktifan makrofaj tetikus yang bergantung kepada OXPHOS bahawa perencatan hyp-eF5A mengurangkan aktiviti kitaran TCA dan mengurangkan ekspresi banyak protein mitokondria pada tahap protein tanpa menjejaskan tahap mRNA. Keputusan ini adalah selaras dengan keputusan sebelumnya yang dilaporkan oleh Melis et al. (2017)[126]. Protein mitokondria sensitif eIF5A yang dikenal pasti oleh Puleston et al.(2019)[147] termasuk komponen kompleks ETC, beberapa enzim TCA (cth, succinyl-CoA synthetase dan succinate dehydrogenase), dan enzim penyusuan TCA (cth, piruvat dehidrogenase). Walau bagaimanapun, protein TCA lain kurang terjejas (cth, sitrat sintase dan isositrat dehidrogenase) dan enzim glikolisis tidak terjejas, menunjukkan kekhususan kesannya. Penulis menyiasat kemungkinan bahawa terjemahan isyarat sasaran mitokondria tertentu (MTS) bergantung kepada hyp-elF5A. Mereka menunjukkan bahawa jisim beberapa protein sensitif hyp-eIF5A adalah mencukupi untuk memberikan kecekapan terjemahan yang bergantung kepada hyp-eF5A apabila digabungkan dengan protein wartawan. Puleston et al.(2019)[147] menyimpulkan bahawa hyp-eIF5A mengawal respirasi mitokondria, sekurang-kurangnya sebahagiannya, dengan menggalakkan terjemahan MTS beberapa protein mitokondria, satu langkah penting apabila permintaan OXPHO meningkat, seperti semasa makrofaj pengaktifan. Walaupun jujukan MTS mengandungi regangan asid amino berulang dan kaya dengan asid amino bercas yang mungkin melambatkan terjemahan. ia tidak jelas, seperti yang dinyatakan oleh pengarang, bagaimana hyp-elF5A memberi kesan kepada kecekapan terjemahan beberapa MTS ini, tetapi bukan pada yang lain. dengan ciri-ciri global yang serupa.

Penyiasatan baru terhadap peranan perlindungan perencatan elF5A semasa iskemia buah pinggang telah memperincikan peralihan metabolik daripada fosforilasi oksidatif aerobik ke arah glikolisis anaerobik semasa rawatan GC7 dan telah menunjukkan bahawa rawatan ini mengawal ekspresi pengangkut glukosa [148]. Dalam sel renal proksimal di bawah perencatan sempang elF5A, penggunaan oksigen berkurangan tetapi penggunaan glukosa dan efluks laktat meningkat, serta pergantungan pada import glukosa dan glikolisis, menunjukkan anjakan metabolik kepada glikolisis anaerobik eksklusif. Semasa perencatan in vitro dan in vivo GC7, pengeluaran glukosa daripada sel proksimal buah pinggang telah terjejas melalui penindasan pengangkut glukosa terfasil GLUT1, dengan itu meningkatkan ketersediaan glukosa dalam sel proksimal. Keputusan ini menerangkan kemandirian sel buah pinggang di bawah hipoksia, dengan permintaan bertenaga dipenuhi oleh peralihan kepada glikolisis anaerobik. Walau bagaimanapun, sebab molekul untuk perubahan metabolik ini tidak jelas, memandangkan GLUT1 tidak mengandungi motif peptida yang bergantung kepada elF5A. Ia juga tidak diketahui sama ada peningkatan dalam paras glukosa intraselular yang terhasil daripada perencatan GLUT1 adalah punca atau akibat daripada perubahan metabolik{10}pengantara GC ini [148].

Satu lagi kajian baru-baru ini telah mewujudkan sambungan molekul antara eIF5A dan proses gabungan mitokondria [149]. Penulisnya menyiasat peranan faktor transkripsi pengubahsuaian kardiovaskular Krüppel-like factor 5(Klf5) dalam penuaan vaskular dan mendapati bahawa Klf5 secara langsung mengikat kepada promoter EIF5A dan mengaktifkan transkripsinya untuk memelihara integriti mitokondria. Modulasi elF5A oleh Klf5 secara serentak memodulasi kandungan ATP, pengeluaran ROS, dan dinamik mitokondria. Yang penting, elF5A berinteraksi secara fizikal dengan mitofusin 1(Mnf1), protein transmembran membran mitokondria luar yang merupakan pengawal selia utama gabungan dan integriti mitokondria. Faktor permulaan terjemahan eukariotik 5A dan Mnf1 disetempatkan bersama dalam mitokondria dan memudahkan pembentukan rangkaian mitokondria bersatu. Sebaliknya, downregulation elF5A oleh kekurangan Klf5 atau semasa penuaan vaskular mengakibatkan pembelahan mitokondria dan membawa kepada penyakit vaskular [149]. Walaupun mekanisme tepat di mana integriti mitokondria dikekalkan melalui interaksi elF5A dengan Mnf1 masih perlu dijelaskan, diketahui bahawa gabungan dan pembelahan mitokondria seimbang menyelaraskan bukan sahaja bentuk, saiz, dan bilangan mitokondria, tetapi juga metabolisme tenaga, kitaran sel. , mitophagy, dan apoptosis [150].

Seperti yang dirujuk dalam bahagian sebelumnya, diketahui bahawa fungsi mitokondria menurun dengan usia [83]. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, model in vitro dan in vivo yang berbeza telah digunakan untuk menunjukkan hubungan yang kuat antara suplemen spermidine dan lanjutan hayat dalam organisma model, dan penuaan yang melambatkan dalam organisma model dan manusia. Sambungan ini baru-baru ini telah disiasat dan kesan spermidine dalam penuaan kebanyakannya dimediasi oleh sempang elF5A yang disebabkan oleh spermidine, yang mengekalkan fungsi mitokondria.

Penurunan poliamina telah lama didokumenkan sebagai berlaku dalam kultur sel mamalia dan organ manusia semasa penuaan [151,152]. Pada tahun 2009, kerja oleh Eisenberg et al. (2009)[153] menunjukkan bahawa penambahan eksogen spermidine memanjangkan jangka hayat dalam yis, lalat, cacing, dan sel manusia. Spermidine juga mengurangkan tekanan oksidatif berkaitan usia pada tikus. Sebaliknya, kekurangan poliamina mengurangkan jangka hayat yis dan meningkatkan pengeluaran ROS dan nekrosis. Penulis memerhatikan korelasi antara umur panjang yang disebabkan oleh spermidine dan hypoacetylation histon H3, yang membawa kepada penyelarasan gen autophagy ATG7, ATG11, dan ATG15 dan mempromosikan autophagy dalam semua organisma model yang diuji, yang terbukti penting untuk poliamina -panjang umur yang dipertingkatkan [153].

Kesan berfaedah suplemen spermidine pada penuaan juga dilaporkan dalam organisma yang berbeza, berhubung dengan aspek berkaitan usia yang berbeza yang berkaitan dengan promosi autophagy [154,155], tetapi juga secara bebas [156. Spermidine telah terbukti dapat memperbaiki penuaan kardiovaskular, meningkatkan ingatan, dan mengurangkan kematian akibat kanser, antara kesan berfaedah yang lain [157].cistanche nzPengantaraan kesan spermidine melalui sempang teraruh elF5A baru-baru ini telah ditunjukkan dalam kajian imuniti sel B pada orang dewasa yang lebih tua. Sempang elF5A yang digalakkan Spermidine memulihkan imuniti sel B pada tikus lama melalui promosi autophagy [43]. Hyp-elF5A mengekalkan autophagy melalui terjemahan faktor transkripsi autophagy TFEB, yang mengandungi motif poliprolin dalam urutan asid aminonya. Semasa penuaan, terdapat penurunan dalam TFEBlevels, bersama-sama dengan hyp-eF5A dan spermidine, yang membawa kepada kegagalan dalam sistem imun [43]. Menariknya, analisis proteomik yang dijalankan dalam kajian ini dengan sel B primer yang dirawat dengan GC7 menunjukkan pengurangan TFEB, tetapi bukan daripada sasaran mamalia dan Caenorhabditis elegans autophagy elF5A ATG3 [42] yang ditunjukkan sebelum ini, menunjukkan pengaruh konteks selular. Kedua-dua ATG3 dan TFEB mengandungi motif poliprolin yang terdedah kepada kebergantungan elF5A dan menyediakan sambungan mekanistik antara hyp-elF5A dan autophagy, walaupun kehadiran motif poliprolin sahaja dalam urutan protein nampaknya tidak mencukupi dalam semua kes untuk menyebabkan penurunan tahap protein dengan menghalang hyp- eIF5A [43,158].

Hubungan mekanistik antara kesan positif spermidine dalam mengurangkan gejala berkaitan usia dan peranan hyp-elF5A dalam mengekalkan mitokondria berfungsi telah diterokai dalam kajian yang sangat baru-baru ini. Schroeder et al.(2021)[159]mengkaji tikus tua dan mendapati bahawa spermidine pemakanan melepasi halangan darah-otak, meningkatkan sempang elF5A hippocampal. Tikus tua yang diberi spermidine menunjukkan peningkatan pada beberapa ujian kognitif. Penulis juga menunjukkan pernafasan mitokondria yang lebih tinggi dalam otak tetikus dan lalat, walaupun keputusan pada tikus adalah bergantung kepada jantina dan umur. Ia sebelum ini telah dicadangkan bahawa autophagy adalah penting untuk kawalan kualiti mitokondria semasa penuaan dan neurodegenerasi [160]. Sehubungan itu, dalam Drosophila, penurunan regulasi gen autophagy penting Atg7, kinase putatif yang disebabkan oleh PTEN yang berkaitan dengan mitophagy (Pink1), dan homolog manusia E3 ubiquitin ligase Parkin (Park) menghapuskan peningkatan yang dimediasi spermidine dalam pernafasan [159] . Keputusan ini adalah selaras dengan keputusan daripada [161] dalam C.elegans, di mana perencatan spermidin neurodegenerasi dan penuaan adalah bergantung kepada PINK1 dan cacing Parkin ortolog PDR1, yang menjadi pengantara mitophagy.

Kesan berfaedah spermidine pada kesihatan kognisi mitokondria dan otak boleh dimediasi oleh effector eIF5A [159,162]. Penuaan Drosophila di bawah suplemen spermidine mengandungi tahap protein yang lebih tinggi yang terlibat dalam OXPHOS, tetapi bukan tahap yang lebih tinggi bagi mRNA yang sepadan, dan ini dikaitkan dengan pernafasan maksimum yang lebih tinggi dan kelimpahan mitokondria dalam otak. Dalam otak Drosophila yang berumur, paras spermidine dan hyp-elF5A menurun, dan kedua-duanya boleh dirangsang oleh suplemen poliamina sehingga pertengahan umur, walaupun tidak dalam otak Drosophila yang sangat tua. Pendekatan genetik yang berbeza untuk pengurangan separa tanda sempang elF5A dalam otak lalat menyebabkan pengurangan respirasi mitokondria, dan analisis proteomik kuantitatif menunjukkan penurunan regulasi protein mitokondria, khususnya protein OXPHOS. Menariknya, kebanyakan kesan positif pada fungsi mitokondria yang disebabkan oleh suplemen spermidine telah dimansuhkan dengan mengurangkan hyp-eF5A dalam otak lalat. Liang et al.(2021)162] juga menyiasat sama ada tanda sempang elF5A adalah sebab jangka hayat lanjutan yang dinyatakan sebelum ini diperolehi dalam lalat, tikus dan organisma lain dengan penambahan spermidine [153,163,164]. Mereka memerhatikan bahawa lanjutan hayat telah dimansuhkan dalam lalat kekurangan tanda sempang [162]. Akhirnya, spermidine memperbaiki kemerosotan dalam lokomotif dan fungsi ingatan lalat tua, manakala pengecilan tanda sempang elF5A meningkatkan kesan memudaratkan usia ini dan, yang penting, kesan positif spermidine pada pergerakan dan ingatan kebanyakannya hilang dalam haiwan yang dilemahkan elF5A. . Keputusan terakhir ini adalah bersetuju dengan satu lagi kajian baru-baru ini di mana pengurangan aktiviti sintase deoxyhypusine dikaitkan dengan gangguan perkembangan saraf pada manusia [165]. Walaupun keputusan yang dilaporkan oleh Liang et al.(2021)[162]menguatkan hubungan molekul antara kesan berfaedah spermidine pada prestasi mitokondria tua dan fungsi otak dengan tanda sempang elF5A, Schroeder et al.(2021)[159] menunjukkan peranan daripada hyp-elF5A dalam mengekalkan kawalan kualiti mitokondria oleh autophagy/mitophagy, butiran molekul mekanistik masih hilang dan tidak difahami sepenuhnya bagaimana autophagy/mitophagy secara langsung memberi manfaat kepada prestasi mitokondria.

8. Perspektif Mengenai Pengenalpastian Proses dan Sasaran Mitokondria di bawah Kawalan eIF5A

Peranan molekul utama yang dikaitkan dengan elF5A adalah memudahkan terjemahan subset spesifik protein yang mengandungi motif yang bergantung kepada elF5A [10,11]. Walau bagaimanapun, peranan molekul lain yang kurang dicirikan telah dicadangkan berkaitan dengan kapasiti elF5A untuk mengikat RNA dan mengawal metabolisme mereka. Daripada keputusan di atas, adalah jelas bahawa tahap hyp-elF5A yang betul diperlukan untuk mengekalkan fungsi OXPHOS dan mitokondria. Kajian yang diterangkan di atas telah mencadangkan bahawa elF5A mungkin terlibat dalam terjemahan protein mitokondria tertentu yang mengandungi MTS yang bergantung kepada elF5A, dalam mengawal selia fluks metabolit kepada mitokondria untuk mengekalkan metabolisme aerobik melalui pengawalan pengangkut glukosa, dalam mengekalkan dinamik mitokondria melalui interaksi. dengan protein yang terlibat dalam gabungan mitokondria (Mnf1), dalam mempromosikan autophagy dengan memudahkan sintesis ATG3 dan TFEB, atau khususnya dalam mitophagy melalui mekanisme yang bergantung kepada protein PINK1 dan Park. Untuk membezakan dan membuktikan peranan ini adalah perlu untuk mengenal pasti proses molekul tertentu dan/atau sasaran dan keadaan protein khusus di bawah kawalan langsung elF5A.

Dalam usaha untuk mengenal pasti calon protein mitokondria untuk terjemahan langsung yang bergantung kepada elF5A, kami mencari motif peptida yang menyebabkan ribosom yang bergantung kepada elF5A terhenti [11 dalam proteom mitokondria S. cerevisiae. Kami mendapati bahawa kelimpahan motif elF5A dalam 1117 protein mitokondria yang dikodkan nuklear hanya lebih tinggi sedikit daripada jumlah protein yis, tetapi motif ini hampir tidak diwakili dalam 10 protein yang dikodkan DNA mitokondria (Rajah 2). Protein yang terlibat dalam kitaran TCA menunjukkan purata 3.3 motif/protein, lebih tinggi daripada purata dalam jumlah protein yis (2.8 motif/protein) dan jauh lebih tinggi daripada protein OXPHOS (1.8 motif/protein). Walau bagaimanapun, motif yang bergantung kepada eIF5A yang paling diwakili adalah sama (GGA, GGG, dan KPG) dalam protein TCA dan OXPHOS, dengan hanya dua motif PPP: satu dalam enzim succinyl-CoA ligase (Lsc1) TCA, dan satu lagi dalam subunit. daripada succinate dehydrogenase (Sdh4), yang mengambil bahagian dalam kitaran TCA dan OXPHOS.

Rajah 2. Taburan motif yang bergantung kepada elF5A dalam protein mitokondria Saccharomyces cerevisiae. Pengagihan 43 motif tri-peptida yang bergantung kepada ribosom-jeda elF5A yang mendapat markah tertinggi [1l] dalam protein keseluruhan genom yis (a), protein mitokondria berkod nuklear(b), protein berkod mitokondria(c), kitaran asid trikarboksilik (TCA)(d), fosforilasi oksidatif (OXPHOS)(e), dan dalam organisasi mitokondria kategori fungsi Gene Ontology (f). Jadual menunjukkan protein yang terlibat dalam organisasi mitokondria dengan sekurang-kurangnya satu motif PPP. Indeks jeda protein (PPI) dikira sebagai jumlah nilai kuantitatif jeda ribosom yang dicetuskan oleh penyusutan elF5A dalam setiap satu daripada 43 motif tri-peptida yang bergantung kepada elF5A tertinggi [11] yang terdapat dalam jujukan asid amino setiap protein. dan lebih tinggi dalam protein yang diduga lebih bergantung kepada elF5A untuk terjemahannya. Pencarian untuk protein mitokondria yis dengan motif poliprolin yang lebih panjang menunjukkan bahawa Ytal2, Srv2, dan Tim50 mengandungi regangan sehingga sembilan, enam, dan tujuh prolin berturut-turut, masing-masing (Rajah 2). Yta12(homolog dengan AFG3L2 manusia) ialah sebahagian daripada protease m-AAA mitokondria yang dipelihara, yang terdiri daripada protein Afg3 dan Yta12, dan terletak di membran mitokondria dalam (Rajah 3). Ytal2/Afg3 mengawal proteostasis mitokondria dengan mengantarkan pematangan protein. dan degradasi dan diperlukan untuk pemasangan kompleks enzim mitokondria yang betul [166]. Menariknya, kompleks Ytal2/Afg3 juga terlibat dalam penyambungan mRNA mitokondria yang mengandungi intron COXT dan COB, yang masing-masing menyandikan subunit 1 cytochrome oxidase dan cytochrome b, yang merupakan sebahagian daripada ETC. Oleh itu, kekurangan dalam Yta12/Yta10 menyebabkan pernafasan rendah disebabkan, antara kesan lain, kekurangan pemasangan ETC[167]. Srv2(homolog kepada manusia CAP1 dan CAP2) mengantara pemasangan aktin di mitokondria, dan pemadaman Srv2 menyebabkan mitokondria bercantum hiper memanjang dan mengurangkan pernafasan. Menariknya, Srv2 berinteraksi dengan pembelahan mitokondria GTPase Dnm1/DRP1 [168]. Akhirnya, Tim50 (homolog TIMM50 manusia) ialah subunit penting bagi kompleks TIM23 membran dalam mitokondria, yang mengantara import majoriti protein mitokondria melalui pengiktirafan MTS mereka (Rajah 3)[169]. Walaupun ketiga-tiga protein ini adalah calon yang menarik untuk mengantarkan kesan elF5A pada fungsi mitokondria, kehadiran regangan poliprolin bukanlah keperluan yang mencukupi untuk mewujudkan pergantungan pada elF5A [43,158]. Kajian masa depan akan menentukan sambungan mekanistik yang tepat antara elF5A dan protein mitokondria sensitif hyp-eIF5A yang telah diterangkan dan akan mengenal pasti protein dan proses sasaran mitokondria baharu di bawah kawalan elF5A (Rajah 3).

Rajah 3. Fungsi sel elF5A dan model untuk peranannya dalam mengekalkan aktiviti mitokondria. elF5A diketahui terlibat dalam proses selular yang berbeza, walaupun yang paling relevan dan berkaitan dengan mitokondria diwakili dalam Rajah. Terikat kepada ribosom, hyp-elF5A memudahkan pemanjangan terjemahan pada motif tertentu [10,11], serta terjemahan berganding ER [23,25,26]. Dalam nukleus, eIF5A membantu mengeksport mRNA dan protein tertentu [141]. elF5A memainkan peranan kontroversial dalam apoptosis, kerana ia telah ditakrifkan sebagai perlu untuk mendorong apoptosis pengantara mitokondria[124,146], tetapi juga membawa kepada kematian sel apabila dihalang [133]. Hyp-elF5A menggalakkan autophagy melalui terjemahan faktor autophagy ATG3 (autophagy-related 3) dan TFEB (faktor transkripsi EB) [42A43]. Peningkatan bukti menunjukkan hubungan langsung antara hyp-elF5A dan fungsi mitokondria. Sebagai tambahan kepada perkaitannya dengan mitokondria [143-146], beberapa protein kedua-dua TCA telah diterangkan terjejas secara langsung atau tidak langsung di bawah perencatan hyp-elF5A [126,147]. Ia juga telah dicadangkan bahawa hyp-eF5A boleh mengantara mitophagy melalui ATG7 (Autophagy Related 7), Pink1 (kinase putatif yang disebabkan oleh PTEN yang berkaitan dengan mitophagy), dan Park (E3 ubiquitin ligase Parkin) protein [170]. Protein lain yang terlibat dalam pengangkutan mitokondria protein berkod nuklear dan organisasi mitokondria dianggap sebagai sasaran elF5A (Rajah 2). Antaranya, protein integral membran dalam mitokondria Yta12(protease kompleks Yta12/Afg3 dan homolog yis AFG3L2 manusia), dan Tim50 (subunit penting bagi kompleks TIM23 dan homolog yis TIMM50 manusia) mengandungi regangan poliprolin panjang dalam aminonya. urutan asid, mencadangkan kemungkinan pergantungan pada elF5A untuk terjemahannya dan, dengan itu, kemungkinan hubungan antara hyp-elF5A dan fungsi mitokondria. Pemprosesan rajah telah dijalankan menggunakan perisian BioRender.

Sumbangan Pengarang:Pengkonsepan, MB-A.dan PA; penulisan—penyediaan draf asal, MB-A.dan PA; menulis—menyemak dan menyunting, MB-A.dan PA; pemerolehan pembiayaan, PASemua pengarang telah membaca dan bersetuju dengan versi manuskrip yang diterbitkan.

Pembiayaan:Penyelidikan ini dibiayai oleh Generalitat Valenciana(AICO/2020/086) dan Kementerian Sains dan Inovasi Sepanyol (PID2020-120066RB-I00) kepada PAMB-A. ialah penerima persekutuan predoctoral (FPU2017/03542) daripada Kementerian Sains, Inovasi dan Universiti Sepanyol.

Penghargaan:Penulis mengakui sokongan daripada semua ahli makmal GFL.

Konflik Kepentingan:Penulis mengisytiharkan tiada konflik kepentingan. Pembiaya tidak mempunyai peranan dalam reka bentuk kajian; dalam penulisan manuskrip, atau dalam keputusan untuk menerbitkan hasilnya.

Artikel ini dipetik daripada Int. J. Mol. Sci. 2022, 23, 1284. https://doi.org/10.3390/ijms23031284 https://www.mdpi.com/journal/ijms