Vloga EIF5A v mitohondrijskem delovanju

Prosim kontaktirajteoscar.xiao@wecistanche.comza več informacij

Povzetek:Eukariontski faktor iniciacije prevajanja 5A (eF5A) je evolucijsko ohranjen protein, ki veže ribosome, da olajša prevajanje peptidnih motivov z zaporednimi prolini ali kombinacijami prolinov z glicinom in nabitimi aminokislinami. Povezan je bil tudi z drugimi molekularnimi funkcijami in celičnimi procesi, kot so izvoz jedrske mRNA in razpad mRNA, proliferacija, diferenciacija, avtofagija in apoptoza. Naraščajoče zanimanje za elF5A je povezano z njegovo povezavo s patogenezo več bolezni, vključno z rakom, virusno okužbo in sladkorno boleznijo. Predlagali so ga tudi kot dejavnik proti staranju: njegove ravni upadajo v starih celicah, medtem ko naraščajoče ravni aktivnega elF5A povzročijo pomlajevanje imunskega in žilnega sistema ter izboljšano kognicijo možganov. Novejši podatki so povezali vlogo eIF5A pri nekaterih patologijah z njegovo funkcijo pri ohranjanju zdravih mitohondrijev. Eukariontski iniciacijski faktor 5A prevajanja je reguliran navzgor pri respiratorni presnovi in ​​njegovo pomanjkanje zmanjša porabo kisika, proizvodnjo ATP in ravni več mitohondrijskih presnovnih encimov ter spremeni dinamiko mitohondrijev. Čeprav vsi zbrani podatki močno povezujejo eIF5A z mitohondrijsko funkcijo, natančna molekularna vloga in vključeni mehanizmi še vedno niso znani. V tem pregledu razpravljamo o ugotovitvah, ki povezujejo eIF5A in mitohondrije, špekuliramo o njegovi vlogi pri uravnavanju mitohondrijske homeostaze in poudarjamo njegov potencial kot tarče pri boleznih, povezanih z energijsko presnovo.

Ključne besede:elF5A; mitohondrije; prevod; spermidin; mitohondrijsko dihanje; OXPHOS; TCA

Za več informacij kliknite tukaj

1. Molekularna funkcija eIF5A

Čeprav so ga odkrili pred skoraj 50 leti, je evkariontski faktor iniciacije prevajanja 5A (eF5A) še vedno skrivnosten v mnogih pogledih. eIF5A je majhen, vseprisoten in esencialni protein, ki je zelo ohranjen pri evkariontih in arhejah [1]. Prav tako ga je zelo veliko – je med 100 najpogostejšimi proteini v Saccharomyces cerevisiae, s približno 273000 kopijami na celico, kar je skoraj dvakrat več od števila ribosomov [2]. Prvotno razvrščen kot faktor iniciacije prevajanja 3, 4], je bilo pozneje objavljeno, da sta glavni vlogi elF5A spodbujanje raztezanja prevajanja mRNA pri zaporedjih, ki kodirajo specifične peptidne motive, in pomoč pri prekinitvi s spodbujanjem hidrolize peptidil-tRNA [5-11].

Pri večini evkariontov ima eIF5A dve izoobliki, TIF5A in TIF51B pri kvasovkah ter EIF5A1 in EIF5A2 pri ljudeh, ki si v vsakem organizmu delita več kot 90-odstotno identičnost aminokislinskega zaporedja in se izražata pod različnimi pogoji. Tukaj se nanašamo na najpogosteje izražene izooblike, Tif51A v kvasovkah in EIF5A1 pri ljudeh, kot elF5A. Je edini znani celični protein, ki vsebuje nenavadno in esencialno aminokislino hipuzin (Ne-(4-amino-2-hidroksibutil)lizin). Hipuzinacija je kritična za delovanje eF5A in je posledica dvostopenjske posttranslacijske reakcije, ki zahteva dva encima, deoksihipuzin sintazo (DHPS) in deoksihipuzin hidroksilazo (DOHH) (slika 1). Prvič, DHIPS prenese aminobutilni del iz poliaminskega spermidina v e-amino skupino specifičnega lizinskega ostanka (Lys51 pri kvasovkah in Lys50 pri ljudeh), da ustvari intermediat. Drugič, DOHH takoj in nepovratno katalizira hidroksilacijo ostanka deoksihipuzina v hipuzin, kar daje aktivno hvpusinirano in zrelo obliko elF5A [12].cistanchPosledično znotrajcelični vezani elF5A (hyp-elF5A) korelira s celično aktivnostjo elF5A. Evkariontski iniciacijski faktor 5A prevajanja je lahko podvržen drugim posttranslacijskim modifikacijam, kot je acetilacija (v ostankih Lys47 in Lys68), za katero se domneva, da izključuje deljenje besed [13,14], ali fosforilacija (v Ser2) [15l, katere vloga je ni popolnoma razumljen.

Slika 1. Poliamin-hipuzinska pot in njeni farmakološki inhibitorji. Spermidinski substrat za vezavo elF5A se pridobi s pretvorbo poliamina ornitina v putrescin z encimom ornitin dekarboksilazo (ODC); nato se spermidin sintetizira iz putrescina s spermidin sintazo (SPDS). Druga možnost je, da se spermidin pretvori v spermin s spermin sintazo (SPMS). Hipuzinska modifikacija ostanka lizina-50(človeka) ali lizina-51 (kvas) elF5A se pojavi z dodatkom spermidina prek dveh zaporednih encimskih reakcij.cistanche AvstralijaPrvič, deoksihipuzin sintaza (DHPS) prenese aminobutilno skupino spermidina v amino skupino lizina, ki ustvari vmesni substrat, ki se ne kopiči. Drugič, deoksihipuzin hidroksilaza (DOHH) doda hidroksilno skupino in tvori hipuzinski ostanek eF5A, ki proteinu podeli aktivnost. Posttranslacijsko modifikacijo elF5A lahko zavremo z zaviralci DHPS in DOHH, pa tudi z inhibicijo ODC, encima, ki omejuje hitrost biosinteze spermidina. Obdelava slik je bila izvedena s programsko opremo BioRender.

Cistanche lahko upočasni staranje

Kar zadeva strukturo elF5A, so bile v zadnjih desetletjih [16-18] objavljene različne študije, katerih teme segajo od arhej do ljudi, ki prikazujejo, kako se hyp-elF5A zloži v dvodomeno strukturo pretežno -listnega značaja, v kjer ima N-terminalni del edinstveno značilnost eIF5A, ostanek hipuzina [19]. Ta ostanek se nahaja na konici razširjene, nestrukturirane in izpostavljene zanke (hipuzinske zanke), ki spominja na tRNA. Po vezavi na že oblikovani ribosomski kompleks 80S se predvideva, da bo hyp-elF5A ležal poleg tRNA mesta P in prekrival mesto E [20-22]. Na ta način hyp-elF5A preprečuje, da bi se ribosomi ustavili pri določenih sekvencah, tako da projicira domeno, ki vsebuje hipuzin, proti P-mestu, da sterično omeji položaj ostanka, nameščenega na njem. Natančneje, hyp-elF5A stimulira sintezo beljakovin s spodbujanjem tvorbe peptidne vezi med kritičnimi aminokislinskimi ostanki, za katere je znano, da so slabi substrati za reakcijo, kot so odseki treh ali več zaporednih prolinskih ostankov (PPP) ali poliprolinskih motivov, pa tudi kombinacije prolin, glicin in nabite aminokisline [9-11]. Tako hyp-elF5A pomaga pri prevajanju le dela celotne populacije mRNA, kar je njegova posebnost. V povezavi s svojo glavno vlogo pri prevajanju se lahko hyp-elF5A lokalizira tudi na endoplazmatski retikulum (ER), kjer je povezan z ribosomi, vezanimi na membrano ER, in zdi se, da olajša sotranslacijsko translokacijo nekaterih proteinov v ER, kot je kolagen [23-26].koristi cistancheTako blokiranje vezanja elF5A navzgor uravnava s stresom povzročene spremljevalce v kvasovkah [25] in vodi do stresa ER v celicah sesalcev [26, 27]. Več študij je pokazalo, da je elF5A vključen v procese, ki niso neposredno povezani s sintezo beljakovin. Strukturne značilnosti elF5A kažejo, da ponuja možnost interakcije z nukleinskimi kislinami. C-terminalna domena je podobna domeni hladnega šoka (CSD), ki je pogosta v proteinih, ki vežejo DNA in RNA, medtem ko N-terminal nosi hipuzinski ostanek, ki vsebuje dva pozitivna naboja in je podoben spermidinu, molekuli, za katero je znano, da specifično medsebojno deluje z DNK in RNK. Dejansko so poročali, da se hyp-elF5A veže na nekatere molekule RNA na zaporedje specifičen način [28, 29] in pomaga pri transportu na novo ustvarjenih mRNA iz jedra v citoplazmo [28, 30]. Poleg tega mutanti eF5A močno vplivajo na ravnotežje med pridobivanjem mRNA na ribosome za prevajanje in njegovo razgradnjo [24,31,32], kar nakazuje, da elF5A opravlja funkcijo v korakih razpada mRNA za dekapiranjem [24,31]. Archaeal IF5A ima tudi vlogo pri presnovi RNK kot beljakovina, ki deluje kot lunar, ki se povezuje z ribosomi, a izvaja tudi aktivnost RNK[33].

Kot je bilo že omenjeno, hyp-elF5A pomaga pri prevajanju specifičnih proteinov, ki vsebujejo kritične motive v svojih aminokislinskih sekvencah, čeprav je verjetno, da trenutno poznamo le majhen del njegovih neposrednih ciljev. Tako je ključna vloga, ki jo ima elF5A v različnih celičnih procesih, večinoma posledica širokega spektra celičnih funkcij, ki jih predstavljajo njegove neposredne tarče. Ena glavnih vlog hyp-elF5A je v celični proliferaciji in razvoju živali. Evkariontski iniciacijski faktor 5A prevajanja in njegova vezava sta bistvena za celično proliferacijo pri evkariontih, motnje genov eIF5A ali DHPS ter zaviralci DHPS pa povzročijo zaustavitev rasti in močne antiproliferativne učinke, vključno z apoptozo [13,{{ 9}}]. Hyp-eF5A posreduje tudi pri učinkoviti avtofagiji s prevajanjem glavnega transkripcijskega faktorja avtofagije TFEB in proteina ATG3, pri čemer slednji sodeluje pri lipidaciji LC3B in tvorbi avtofagosoma [42, 43]. Poleg tega ima elF5A pomembno vlogo pri pravilni organizaciji citoskeleta in obliki celice [44-46] s prevajanjem forminov v evkariontih. V kvasovkah je elF5A potreben za prevajanje formina Bnil, ki vsebuje poliprolin, ki je vključen v polarizirano rast med parjenjem [47]. V skladu s tem je bila dokazana mehanična povezava med elF5A in diaphanousom, forminom, vključenim v sestavljanje kabla, bogatega z aktinom, med embrionalnim dorzalnim zaprtjem Drosophile, in migracijo nevralnih izvornih celic [48]. Opisano je bilo tudi, da Hyp-elF5A spodbuja celično migracijo, invazijo in metastaze z nadzorovanjem izražanja niza ključnih signalnih molekul, vključno z RhoA in Rho-povezano kinazo, dvema proteinoma, ki uravnavata citoskelet in sodelujeta pri spodbujanju celične migracije [49], in z neposredno regulacijo biosinteze MYC pri specifičnih motivih za zaustavitev [50]. Natančneje, pokazalo se je, da izoforma EIF5A2 spodbuja epitelno-mezenhimski prehod v več vrstah rakavih celic [5]. Evkariontski faktor iniciacije prevajanja 5A je prav tako vpleten v regulacijo apoptoze, vendar se zdi vpleteni mehanizem zapleten, saj se zdi, da je ta funkcija nasprotna spodbujanju proliferacije [52-54]. Pred kratkim je bilo ugotovljeno, da hyp-elF5A kot odziv na stres pospešuje prevajanje tumorskega supresorja in proapoptotičnega faktorja p53, ki vsebuje poliprolinske motive, občutljive na delovanje elF5A [55] in deluje kot transkripcijski faktor, odgovoren za sprožitev različnih antiproliferativnih programov.

Bistvena vloga, ki jo ima eF5A v navedenih celičnih procesih, vključuje ta protein v patogenezo številnih človeških bolezni. Vse več dokazov kaže, da ima hyp-elF5A pomembno vlogo pri moduliranju širjenja virusa. Opredeljen je bil kot esencialni kofaktor transportnega faktorja virusa humane imunske pomanjkljivosti tipa 1 (HIV-1)Rev. S specifično vezavo Rev sodeluje pri translokaciji nespojnih virusnih mRNA preko jedrske ovojnice [56] in se lahko obnaša kot nukleocitoplazmatski preklopni protein [57]. Čeprav je bil HIV prvi virus, za katerega se domneva, da potrebuje elF5A, ta dejavnik sodeluje tudi pri replikaciji drugih virusov, kot sta virus Marburg (MARV) in virus ebole [58]. Druga človeška patogeneza z dobro opredeljeno povezavo z elF5A je sladkorna bolezen. V mišjih modelih sladkorne bolezni je hyp-elF5A v celicah otočkov trebušne slinavke odgovoren za prevajanje transkriptov, ki jih povzročajo citokini, kot tudi za aktivacijo in proliferacijo celic T pomočnic [41, 59, 60]. Dva paralogna gena, ki kodirata elfF5A, EIF5A in EIF5A2, se izražata pod različnimi pogoji. EIF5A1 je povsod izražen v vseh tkivih in vrstah celic sesalcev, medtem ko EIF5A2 kaže omejeno izražanje v zdravem tkivu (ki ga skoraj ni mogoče zaznati), vendar je prekomerno izražen v določenih tkivih ali rakavih celicah. Prekomerno izražanje obeh izooblik elF5A so opazili pri več tumorjih in sproži migracijo celic, invazijo in metastaze raka (za podrobnosti glejte pregled [51]), vendar EIF5A2 velja za potencialni onkogen in diagnostični ali prognostični marker [61,62], ker povezana je s slabim preživetjem, napredovalim stadijem bolezni, slabim odzivom na kemoterapevtska zdravila in metastazami. Genetske različice elF5Agenes so bile identificirane kot osnova nekaterih redkih nevrorazvojnih motenj pri ljudeh [63].

Inhibicija funkcije elF5A se je pokazala kot potencialna tarča za zdravljenje prej omenjenih bolezni. Inhibicijo vezave eIF5A lahko dosežemo z zaviralci DHPS, kot so GC7(N1-guanil-1,7-diamonheptan), deoksispergualin ali semapimod; zaviralci DOHH, kot so ciklopiroks, deferipron ali mimozin; ali zaviralci ornitin dekarboksilaze (ODC), kot je DFMO (difluoro metil ornitin) (slika 1). DFMO je ireverzibilni zaviralec ODC, ki je encim, ki omejuje hitrost biosinteze poliamina. Zato DFMO deluje tako, da znižuje ravni poliamina in ne zavira specifično vezave eIF5A [64]. DFMO je bil uporabljen za zmanjšanje replikacije več virusov RNA, vključno z ebolo, dengo, Ziko, otroško paralizo in virusom Coxsackie [58, 65] ter pri preprečevanju/terapiji raka [66]. Deferipron in njegov strukturni analog ciklopiroks se uporabljata pri zdravljenju preobremenitve z železom oziroma glivičnih okužb. Vendar pa vsi trije zaviralci DOHIH vplivajo na aktivnost drugih encimov, kot je encim prolin hidroksilaza [37]. Med znanimi zaviralci DHPS je GC7, derivat diaminoheptana, najučinkovitejši zaviralec (K; vrednost za GC7, 0.01 uM, v primerjavi s Km za spermidin, 4,5 uM) [67] in se danes pogosto uporablja za zavirajo depurinacijo elF5A v celicah sesalcev [68,69]. Trenutno ni zaviralcev, ki bi delovali neposredno na elF5A ali, bolj selektivno, na elF5A2: to je možna pot za prihodnje raziskave in razvoj.

Nazadnje, vloga elF5A pri staranju je bila v zadnjem desetletju obsežno raziskana. elF5A je vpleten v dolgoročni spomin, adaptivni imunski odziv, kardiovaskularno funkcijo in mitohondrijsko funkcijo; neuspehi teh procesov so znaki staranja [70]. V tem pregledu se osredotočamo na odnos med eF5A in mitohondrijsko presnovo ter boleznimi, povezanimi z mitohondriji, z namenom zagotoviti povzetek nedavnih podatkov, ki povezujejo elF5A z mitohondriji v različnih organizmih.

2. Mitohondrijski metabolizem v zdravju in bolezni

Mitohondriji so glavni proizvajalci energije v obliki ATP, ki je potrebna za ključne celične procese. Kot taki so bistveni za evkariontsko življenje. Mitohondriji izhajajo iz endosimbioze o-proteobakterij in gostijo več presnovnih poti, kot so cikel trikarboksilne kisline (TCA), -oksidacija in sinteza lipidov.cistančni holesterolCikel TCA in transportna veriga elektronov (ETC) ustvarjata ATP iz redoks gradienta [71]. Ti dvoslojni podcelični organeli vsebujejo v lastnem genomu (mtDNA) 8 ali 13 genov, ki kodirajo proteine ​​(v velikem in človeškem), ki kodirajo kritične proteine, ki so v glavnem vpleteni v oksidativno fosforilacijo (OXPHOS) [72]. Ta genom se replicira in prepisuje neodvisno od jedrnega genoma, vendar morata oba genoma delovati skupaj, da zagotovita pravilno delovanje celice. Približno 1500 jedrsko kodiranih proteinov je ciljno usmerjenih v mitohondrije, kar zahteva zapleten sistem uvoza, predelave in sestavljanja [73]. S predelavo kisika za zagotavljanje energije za delovanje celic so mitohondriji postali osrednji akterji v aerobnem življenju in so kritični pri številnih vidikih zdravja, bolezni in staranja [74-76]. Ko elektroni uidejo kot stranski produkt oksidativnega dihanja in delno reducirajo kisik, mitohondriji ustvarijo reaktivne kisikove vrste (ROS). To se zgodi tudi v normalnih pogojih učinkovite redukcije kisika [77,78]. V pogojih bolezni mitohondriji postanejo disfunkcionalni in na splošno kažejo tri glavne okvare: prekomerno oddajanje ROS, nesklopljen OXPHOS in nenormalen privzem Ca2 [79,80]. Te okvare sprožijo poškodbe makromolekul in spremembe v oskrbi z energijo, redoks okolju, mitohondrijski signalizaciji in sposobnosti preživetja celic. Da bi ublažili te negativne učinke, so mitohondriji razvili različne poti nadzora kakovosti, da ohranijo svoje kritične funkcije in zmanjšajo mitohondrijski stres. Ključna pot nadzora kakovosti je mitofagija, specifična avtofagna odstranitev mitohondrijev [81].cistanche deserticola neželeni učinkiPoleg tega kažejo mitohondriji zelo dinamično naravo skozi procese fuzije in cepitve, kar jim omogoča prilagajanje različnim stresom s preoblikovanjem mitohondrijskih mrež [82,83]. Druga bistvena pot nadzora kakovosti je odziv na stres, ki ga povzročajo napake pri uvozu in sprememba presnove lipidov, ki je sestavljena iz indukcije komponent odziva toplotnega šoka in atenuacije prevoda [84]. Poleg tega lahko mitohondriji zaznajo napačno zlaganje matričnih beljakovin in inducirajo prilagodljiv transkripcijski program za zagotovitev vzdrževanja mitohondrijske proteostaze [85]. Ko je celična poškodba prevelika, igrajo mitohondriji pomembno vlogo pri signaliziranju apoptotične celične smrti [86].

Delovanje mitohondrijev upada med staranjem možganov [87-89], pa tudi v staranju mišic, srca, jeter in maščobnega tkiva [90]. Tako se v starih celicah zmanjša število in gostota mitohondrijev, pa tudi proizvodnja mitohondrijske biogeneze [91] in zmogljivost/aktivnost dihalne verige [92,93]. Stare celice kažejo tudi spremenjeno mitohondrijsko dinamiko, upad mitofagije in sistemov za nadzor kakovosti mitohondrijev ter povečano poškodbo mtDNA [83,94]. Glede na svojo bistveno vlogo v celicah lahko mitohondrijska disfunkcija končno vpliva na več bioloških procesov in se je pojavila kot izrazit znak presnovnih, srčno-žilnih, vnetnih in nevrodegenerativnih bolezni; rak; in številne s starostjo povezane bolezni [95-99]. Zaradi tega je pomembno razumeti mehanizme mitohondrijske biologije, da se omogoči razvoj učinkovitih zdravljenj.

3. Izražanje izooblik elF5A se različno odziva na stanje celične presnove

Večina evkariontov vsebuje dva paralogna gena, ki kodirata dve zelo homologni izoobliki elF5A. Ta dva gena kažeta jasno različen vzorec izražanja pri sesalcih in kvasovkah, kar kaže na drugačno funkcionalno specializacijo, ki pa še ni bila jasno dokumentirana v molekularnem smislu. Najnovejše informacije o diferencialni regulaciji izooblik elF5A so bile pridobljene s študijami na kvasovkah in kažejo na vpliv celičnega presnovnega in respiratornega stanja.

Prilagajanje celičnega metabolizma zunanjim okoliščinam je pomembno za večino organizmov, še posebej pa za kvasovke, ki se soočajo z nenehno spreminjajočim se okoljem. Ekspresija izooblik elF5A kaže vzorec nasprotne regulacije v fermentacijskih in dihalnih pogojih. Celice kvasovk se bolj nagibajo k fermentacijskemu kot dihalnemu metabolizmu. Čeprav je energijsko manj učinkovita kot dihanje, fermentacija v smislu proizvodnje ATP omogoča, da se celične aktivnosti izvajajo z višjimi stopnjami ter omogoča konkurenčnejšo rast in preživetje. Ta prednostni fermentacijski metabolizem najdemo tudi v rakavih celicah sesalcev, v katerih je prednostno povečanje biomase [100].

Geni kvasovk za glikolizo in fermentacijo se inducirajo v prisotnosti kisika in glukoze, medtem ko so geni, ki sodelujejo pri uporabi alternativnih virov ogljika, vključno z dihalnimi encimi iz cikla TCA, ETC in OXPHOS, podvrženi represiji glukoze [{{0} }]. Visoke ravni glukoze ohranjajo aktivnost protein kinaze A in ciljajo na signalne poti rapamicinskega kompleksa 1 (TORC1), spodbujajo proliferacijo in hkrati zavirajo mitohondrijsko dihanje. Pod temi pogoji je TIF51A konstitutivno izražen, medtem ko je TIF51B slabo izražen, saj ga skoraj ni mogoče zaznati. Tako kot drugi proteini, ki sodelujejo pri prevajanju [104-106], je tudi Tif51A zelo aktiven in ga pozitivno regulira TORC1, da poveže biosintetično aktivnost z obilno razpoložljivostjo hranil [107]. Ko glukoza postane omejena in ima dovolj kisika, celice kvasovk preklopijo svoj metabolizem na aerobno dihanje. Med tem prehodom se ekspresija TIF51A poveča dvakrat do štirikrat [107, tako kot ekspresija genov, vključenih v cikel TCA, ETC in OXPHOS [101-103,108,109], medtem ko se ekspresija TIF51B nenehno zmanjšuje. Ko koncentracija glukoze pada, se TORC1 inaktivira, kar vodi do počasnega zmanjšanja prevajanja in sinteze ribosomskih komponent [104-106]. To pomeni, da je rast celic počasna in je potrebno manj citoplazemskega prevajanja, vendar je presenetljivo potrebno več proteina elF5A [107]. Skladno s tem se pri eksponentni rasti pod nefermentacijskimi pogoji, kot sta glicerol ali etanol, tudi ravni mRNA TIF51A znatno povečajo v primerjavi z ravnmi med eksponentno rastjo glukoze, medtem ko so ravni TIF51B znižane [107]. Glavni dejavniki, vključeni v presnovno reprogramiranje kvasovk med dvema alternativnima fiziološkima stanjema, fermentacijo in dihanjem, so protein kinaza A, Snf1 in hem/kisik odzivni transkripcijski faktorji Hap1 in kompleks Hap2/3/4/5. Pri prehodu sta Hap1 in Hap4 inducirana in uravnavata gene, vključene v dihalne procese, kot je cikel TCA, ETC in OXPHOS [101, 110-113]. Hap1 je tudi transkripcijski faktor, vključen v uravnavanje ekspresije TIF51A po presnovnem premiku k respiratorni rasti; ta regulacija je pri mutantu hap1 izgubljena [107]. Hap1 se odziva na zvišanje celičnih ravni hema, ki ga povzroči povečan presnovni tok v cikel TCA, ki nastane v dihalnih pogojih [108,109,111,114]. Zanimivo je, da se genetska regulacija elF5A jasno razlikuje od regulacije drugih faktorjev prevajanja. Izražanje večine prevodnih faktorjev se po tem presnovnem premiku zmanjša, vendar Tif51A kaže edinstveno in dvojno regulacijo z začetnim zmanjšanjem, ki ga povzroči inaktivacija TORC1, in kasnejšim progresivnim povečanjem z delovanjem Hap1 [107)]. To jasno poudarja bistveno vlogo elF5A v procesu dihal.

Nasprotno pa visoke ravni kisika/hema vodijo do represije TIF51B prek sinergističnega delovanja dveh DNA-vezavnih represorskih proteinov Rox1 in Mot3 [115-118], pri čemer Rox1 aktivira Hap1, vezan na hem [110]. Vendar pa v hipoksičnih pogojih in zmanjšani ravni hema in železa ekspresija proteina Tif51A pade. Predlaga se, da je mehanizem te negativne regulacije kombinacija zmanjšanja aktivnosti DOHH, ki uporablja kisik kot substrat pri hidroksilaciji eF5A [119], in delovanja Hap1, ki lahko deluje tudi kot represor [107] . Po drugi strani pa Hall, ki deluje kot represor v hipoksičnih pogojih, zniža ROX1, kar inducira izražanje TIF51B [120].

Pri kvasovkah nadzor obeh izooblik elF5A s strani Halla z aktivacijo/zatiranjem ekspresije TIF51A in z Roxy posredovano represijo/aktivacijo TIF51B omogoča nasprotno regulacijo dveh genov s samo enim transkripcijskim faktorjem. Tako ta diferencialni izraz vpliva na različne presnovne rezultate, pri čemer Tif51A spodbuja dihanje in Tif51B spodbuja anaerobno glikolizo. Opozoriti je treba, da protein Hap1 kvasa nima homologov v celicah sesalcev, vendar obstoja drugega nehomolognega transkripcijskega faktorja, ki posreduje podobno regulacijo človeških izooblik EIF5Al in EIF5A2, ni mogoče izključiti. Dejansko obstajajo primeri različnih izražanj človeških izooblik eIF5A, povezanih z različnimi presnovnimi rezultati. V vzorcih bolnikov s človeškim hepatocelularnim karcinomom (ACC) običajno kažejo reprogramiranje znotrajceličnega metabolizma. EIE5A2 je bil povečan. Poleg tega je ektopična ekspresija EIF5A2 v celicah hHCC povečala ekspresijo encimov glikolize skupaj z laktat dehidrogenazo, kar je spodbudilo anaerobno glikolizo [121]. S tem sta se privzem glukoze in izločanje laktata povečala s povečano regulacijo glikolitičnih encimov, kar je najpogostejše presnovno reprogramiranje večine rakavih celic [122].

Poleg tega je bilo ugotovljeno, da je elF5A bistven za izražanje faktorja 1, inducibilnega s hipoksijo pri sesalcih (HIF-1a), glavnega regulatornega transkripcijskega faktorja celičnega adaptivnega odziva na hipoksijo [119]. Evkariontski iniciacijski faktor 5A v svoji acetilirani obliki, ki je neaktiven, se poveča v dolgih hipoksičnih obdobjih in je odgovoren za zmanjšanje aktivnosti HIF-1. Čeprav mehanizem, na katerem temelji izražanje eIF5A in HIF-1, še ni pojasnjen, je zaradi te regulacije elF5A privlačna terapevtska tarča, ker HF-1 posreduje adaptivni odziv v hipoksičnem okolju tumorskih sferoidov [119,123].

Če povzamemo, podatki iz kvasovk in ljudi podpirajo diferencialno izražanje genov EIF5A1 in EIF5A2, povezanih s presnovnim stanjem celic, čeprav ni jasno, ali je ta diferencialni izraz vzrok ali posledica presnovnega celičnega statusa. Želimo poudariti, da številne študije, ki preučujejo funkcijo elF5A na modelih sesalcev, uporabljajo zaviralec hipozina GC7, za katerega se do danes verjame, da zmanjšuje deljenje obeh izooblik elF5A. Če vsaka izoforma elF5A spodbuja drugačno vrsto metabolizma, to je aerobno ali anaerobno glikolizo, je rezultate, ki zavirajo deljenje obeh izooblik hkrati, težje razlagati.

Ta članek je izvleček iz Int. J. Mol. Sci. 2022, 23, 1284. https://doi.org/10.3390/ijms23031284 https://www.mdpi.com/journal/ijms