Translational control by the ribosomal protein Asc1p/Cpc2p in Saccharomyces cerevisiae

Abstract

Die mRNA-spezifische Kontrolle der translationellen Regulation ist von hoher Wichtigkeit für die Anpassung an umweltbedingte Veränderungen, wie z.B. Aminosäuremangel. Sie wird insbesondere durch die 5 untranslatierten Regionen (5 UTRs) der mRNA vermittelt, welche verschiedene translationell regulatorische Elemente enthalten können. Diese Arbeit präsentiert eine Methode, um translationell regulative 5 UTRs (5 TRU) in Saccharomyces cerevisiae zu identifizieren und zu analysieren. Der auf einem de novo Proteom basierende Ansatz führte in Verbindung mit Transkriptom-Daten zu der Identifizierung von dreizehn Proteinen, deren Biosynthese post-transkriptionell unter Aminosäuremangel erhöht ist. Die Untersuchung der zugehörigen 5 UTRs mittels eines eigens entwickelten Testsystems deutet auf eine 5 UTR-vermittelte erhöhte Translationsrate für Eno1p, Fba1p und Tpi1p hin. Die stärksten Effekte wurden hierbei für die unstrukturierte und A-reiche TPI1-5 UTR beobachtet. Mit Hilfe von bioinformatischen Analysen konnten diese Charakteristika als vorteilhaft für eine effiziente Translation unter Aminosäuremangel ermittelt werden. Für das hoch-konservierte ribosomale Protein Asc1p/Cpc2p wurde eine Beteiligung an verschiedenen zellulären Prozessen beschrieben, einschließlich translationeller Regulation und Angiogenese für RACK1 aus Säugern. Die erste übergreifende Proteom- und Transkriptom-Analyse für dieses Protein zeigte, dass Asc1p für die Eisen-Aufnahme sowie den Energiemetabolismus benötigt wird, was sich insbesondere in dem eingeschränkten Atmungsvermögen einer Δasc1 Mutante äußert. Zusätzlich weisen die erstellten Transkriptom-Daten sowie die post-transkriptionelle/translationelle Regulation der Transkriptionsfaktoren Ste12p, Phd1p, Tec1p, Rap1p und Flo8p auf eine Verbindung von Asc1p mit den MAP Kinase-assoziierten Netzwerken des invasiven/Pseudohyphenwachtums, der Pheromon-Antwort und der Zellwand-Integrität hin. Gestützt auf diese Daten, vermuten wir den Einfluss von Asc1p auf Signaltransduktionswege, indem es die Translation transkriptioneller Regulatoren kontrolliert. In früheren Studien wurde Asc1p insbesondere in der Regulation der Translationsinitiation beschrieben. Diese Arbeit liefert erste Beweise für einen Einfluss von Asc1p auf die Translationselongation über die Translationsfaktoren eIF5A und eEF2, welche beide an diesem Prozess beteiligt sind. Weitere Hinweise liefern eine gesteigerte Sensitivität für die Translationselongations-Inhibitoren Sordarin und Anisomycin sowie eine erhöhte Expression des +1 frameshifting-abhängigen Proteins Oaz1p in einem Δasc1 Stamm. Zusätzlich lässt eine synergistische Regulation von eIF5A und eEF2 durch ASC1 und GCN2, welches für die direkt an der Translationsinitiation beteiligte Kinase kodiert, eine übergeordnete Funktion von Asc1p in Translationsinitiation und- elongation vermuten.