Regulación de la traducción de mRNAs virales: efecto de proteasas virales
Author
Moral López, PabloAdvisor
Carrasco Llamas, LuisEntity
UAM. Departamento de Biología MolecularDate
2016-01-18Subjects
Traducción genética - Tesis doctorales; Genética vírica - Tesis doctorales; Biología y Biomedicina / BiologíaNote
Tesis Doctoral inédita leída en la Universidad Autónoma de Madrid, Facultad de Ciencias, Departamento de Biología MolecularEsta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.
Abstract
Success of viral infection relays on the viral ability to overcome host antiviral
response at the same time that their mRNAs hijack components of the translation
machinery including ribosomes. Some viruses have developed the ability to bypass
cellular antiviral response and optimize viral protein synthesis by inhibiting host
translation. In the case of picornaviruses and human immunodeficiency virus type 1,
this ability relays on viral proteases that cleave host initiation factors required for
cellular but not viral mRNA translation. For example, picornavirus proteases 2Apro and
Lpro are able to block cellular translation by cleavage of eIF4GI. Under these conditions,
and considering that picornavirus mRNAs utilize internal ribosome entry site (IRES)
sequences to promote non canonical translation, viral mRNAs have aclear advantage
over host mRNAs for ribosome association. HIV-1 mRNAs also contain an IRES
sequence that is able to promote translation when HIV-1 protease (PR) cleaves eIF4GI
and PABP impairing canonical translation. Strikingly, both picornavirus and HIV-1
mRNAs are translated using a dual mechanism for the initiation of translation with
different factor requirements depending on the progress of the infection. In the case of
picornaviruses, proteases 2Apro and Lpro confer independence for eIF2 during translation of viral mRNAs while in the case of HIV-1 mRNAs, Rev protein could hijack host translation initiation factors and reconstruct an alternative eIF4F complex enabling an efficient late viral protein synthesis.
Disruption of cations gradient is also associated to viral infection. Increase of
K+ in the cytoplasm blocks canonical translation while stimulates picornavirus protein
synthesis. Notably, optimal K+ concentration for picornavirus mRNA translation in in
vitro systems confers independence of eIF2 whereas enhances the requirements for
helicase eIF4A, suggesting a robust conformation of mRNA that increments the affinity
for ribosomes but impedes translation in the absence of the helicase activity.
Finally, the anti-cancer compound aplidin strongly inhibits cellular protein
synthesis with the exception of a HeLa cell line with low levels of elongation factor
eEF1A2. On the other hand, aplidin does not have significant impact on late protein
synthesis of Sindbis virus or vesicular stomatitis virus and neither on translation driven
by the intergenic IRES of cricket paralysis virus. Therefore, as cellular and viral
translation differ mainly in the requirements of initiation factors, aplidin presumably
inhibits by some mechanism the initiation step of translation of cellular mRNAs. La vía de estrés ribosomal se describió hace más de una década como una nueva vía
activadora de p53. Dicha vía monitoriza la homeostasis de la biogénesis ribosomal. Perturbaciones en
cualquiera de las etapas de la biosíntesis del ribosoma, transcripción del DNA ribosomal,
procesamiento del RNA ribosomal, ensamblaje o transporte nuclear, conllevan un exceso de proteínas
ribosomales no unidas al ribosoma. En este contexto, el complejo pre-ribosomal RPL11/RPL5/5S
rRNA inhibe MDM2, activando así al supresor tumoral p53. La activación de p53 puede resultar en
diferentes respuestas celulares que impiden que las células dañadas se conviertan en tumorales.
Una de las preguntas que hemos abordado en este trabajo es si las células madre pluripotentes
de ratón, caracterizadas por altas tasas de división celular, presentan mecanismos que monitoricen la
homeostasis de la biogénesis ribosomal para salvaguardar la integridad de la progenie. Aquí
demostramos que dichas células tienen funcional la vía de estrés ribosomal y que esta vía activa p53
en respuesta al estrés ribosomal y elimina aquellas células dañadas mediante un proceso de apoptosis.
Las células tumorales requieren a una mayor producción de ribosomas para mantener las altas
tasas de división celular que las caracterizan. En este trabajo hemos llevado a cabo un rastreo de
compuestos que tengan como diana el nucléolo, la fábrica de ribosomas de la célula, con la finalidad
de perturbar la producción de ribosomas y eliminar así las células cancerígenas. Hemos testado dos
colecciones de compuestos químicos y hemos identificado un grupo de derivados de acridina que
inhiben la transcripción del ADN ribosomal y, por tanto, generan la pérdida de la integridad del
nucleolo. Esto resulta en la activación de p53 en ausencia de daño a través de la vía de estrés
ribosomal. Finalmente, estos compuestos ralentizan el crecimiento celular y activan un proceso de
apoptosis en distintas líneas de células tumorales.
RPL11, proteína clave en la vía de estrés ribosomal, se encuentra mutada en heterozigosis en
pacientes de anemia de Diamond-Blackfan. Hemos generado un alelo nulo condicional para Rpl11 y
hemos demostrado que la pérdida de un alelo de Rpl11 en ratones adultos recapitula las principales
características de la enfermedad, incluyendo un procesamiento inadecuado del ARN ribosomal,
anemia macrocítica debida a una maduración eritroide defectuosa y una mayor predisposición a
cáncer. Los ratones haploinsuficientes para Rpl11 muestran una linfomagénesis acelerada, lo que
puede deberse a dos mecanismos no excluyentes: una vía de estrés ribosomal defectuosa y mayores
niveles basales de la proto-oncoproteína c-MYC.
En resumen, nuestro trabajo pone de manifiesto la importancia de la vía de estrés ribosomal y,
en particular de RPL11, en la fisiología, incluyendo células madre embrionarias y el organismo adulto,
así como para el desarrollo del cancer y su terapia.
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