Uloga EIF5A u mitohondrijskoj funkciji

Molimo kontaktirajteoscar.xiao@wecistanche.comza više informacija

sažetak:Faktor inicijacije eukariotske translacije 5A (eF5A) je evolucijski očuvan protein koji veže ribozome kako bi olakšao translaciju peptidnih motiva uzastopnim prolinima ili kombinacijama prolina s glicinom i nabijenim aminokiselinama. Također je povezan s drugim molekularnim funkcijama i ćelijskim procesima, kao što su izvoz nuklearne mRNA i raspad mRNA, proliferacija, diferencijacija, autofagija i apoptoza. Sve veći interes za elF5A povezan je s njegovom povezanosti s patogenezom nekoliko bolesti, uključujući rak, virusnu infekciju i dijabetes. Takođe je predložen kao faktor protiv starenja: njegovi nivoi opadaju u ostarelim ćelijama, dok povećanje nivoa aktivnog elF5A dovodi do podmlađivanja imunološkog i vaskularnog sistema i poboljšanja kognicije mozga. Nedavni podaci povezuju ulogu eIF5A u nekim patologijama s njegovom funkcijom u održavanju zdravih mitohondrija. Faktor inicijacije eukariotske translacije 5A se pojačava u respiratornom metabolizmu i njegov nedostatak smanjuje potrošnju kisika, proizvodnju ATP-a i nivoe nekoliko mitohondrijalnih metaboličkih enzima, kao i mijenja dinamiku mitohondrija. Međutim, iako svi akumulirani podaci snažno povezuju eIF5A s mitohondrijskom funkcijom, precizna molekularna uloga i uključeni mehanizmi još uvijek su nepoznati. U ovom pregledu raspravljamo o nalazima koji povezuju eIF5A i mitohondrije, spekulišemo o njegovoj ulozi u regulaciji mitohondrijalne homeostaze i ističemo njegov potencijal kao mete kod bolesti povezanih s energetskim metabolizmom.

Ključne riječi:elF5A; mitohondrije; prijevod; spermidin; mitohondrijalno disanje; OXPHOS; TCA

Molimo kliknite ovdje da saznate više

1. Molekularna funkcija eIF5A

Iako je otkriven prije skoro 50 godina, faktor inicijacije eukariotske translacije 5A (eF5A) još uvijek je zagonetan u mnogim aspektima. eIF5A je mali, sveprisutan i esencijalni protein visoko očuvan kod eukariota i arheja [1]. Takođe je veoma bogat—među 100 najzastupljenijih proteina u Saccharomyces cerevisiae, sa približno 273,000 kopija po ćeliji, što je skoro dvostruko veći broj ribozoma [2]. Prvobitno klasifikovan kao faktor inicijacije translacije 3,4], kasnije je objavljeno da je glavna uloga elF5A da promovira produljenje translacije mRNA na sekvencama koje kodiraju specifične peptidne motive i da pomogne u terminaciji stimulacijom hidrolize peptidil-tRNA. [5-11].

Kod većine eukariota, eIF5A sadrži dvije izoforme, TIF5A i TIF51B kod kvasca, i EIF5A1 i EIF5A2 kod ljudi, koji dijele identitet sekvence aminokiselina više od 90 posto u svakom organizmu i eksprimiraju se pod različitim uvjetima. Ovdje se nazivamo najčešće izraženim izoformama, Tif51A u kvascu i EIF5A1 kod ljudi, kao elF5A. To je jedini poznati ćelijski protein koji sadrži neobičnu i esencijalnu aminokiselinu hipuzin (Ne-(4-amino-2-hidroksibutil)lizin). Hipuzinacija je kritična za funkciju eF5A i rezultat je posttranslacijske reakcije u dva koraka koja zahtijeva dva enzima, deoksihipuzin sintazu (DHPS) i deoksihipuzin hidroksilazu (DOHH) (Slika 1). Prvo, DHIPS prenosi aminobutilni dio sa poliaminskog spermidina na e-amino grupu specifičnog lizinskog ostatka (Lys51 kod kvasca i Lys50 kod ljudi) kako bi se stvorio intermedijer. Drugo, DOHH odmah i nepovratno katalizira hidroksilaciju ostatka deoksihipuzina u hipuzin, dajući aktivni hvpuzinirani i zreli oblik elF5A [12].cistanchShodno tome, intracelularni elF5A (hyp-elF5A) korelira sa ćelijskom aktivnošću elF5A. Faktor inicijacije eukariotske translacije 5A može pretrpjeti druge post-translacijske modifikacije, kao što je acetilacija (u Lys47 i Lys68 ostacima), za koju se pretpostavlja da isključuje hifenaciju [13,14], ili fosforilaciju (u Ser2)[15l, čija je uloga nije potpuno shvaćeno.

Slika 1. Poliamin-hipuzinski put i njegovi farmakološki inhibitori. Spermidinski supstrat za elF5A hifenaciju se dobija konverzijom poliamin ornitina u putrescin pomoću enzima ornitin dekarboksilaze (ODC); zatim, spermidin se sintetiše iz putrescina pomoću spermidin sintaze (SPDS). Alternativno, spermidin se pretvara u spermin pomoću spermin sintaze (SPMS). Hipuzinska modifikacija ostatka lizina-50(ljudi) ili lizina-51 (kvasac) elF5A se dešava dodavanjem spermidina putem dvije uzastopne enzimske reakcije.cistanche AustraliaPrvo, deoksihipuzin sintaza (DHPS) prenosi aminobutilnu grupu spermidina na amino grupu lizina stvarajući međusupstrat koji se ne akumulira. Drugo, deoksihipuzin hidroksilaza (DOHH) dodaje hidroksilnu grupu i formira hipuzinski ostatak eF5A, koji daje aktivnost proteinu. Posttranslaciona modifikacija elF5A može biti potisnuta inhibitorima DHPS i DOHH, ali i inhibicijom ODC, enzima koji ograničava brzinu biosinteze spermidina. Obrada slike obavljena je pomoću softvera BioRender.

Cistanche može protiv starenja

Što se tiče strukture elF5A, u posljednjih nekoliko decenija [16-18] objavljene su različite studije, čiji se subjekti kreću od arheja do ljudi, pokazujući kako se hyp-elF5A savija u dvodomensku strukturu pretežno listnog karaktera, u koji N-terminalni dio nosi jedinstvenu karakteristiku eIF5A, ostatka hipuzina [19]. Ovaj ostatak se nalazi na vrhu proširene, nestrukturirane i izložene petlje (hipuzinske petlje) koja liči na tRNA. Nakon vezivanja za već formirani 80S ribosomski kompleks, predviđa se da hyp-elF5A leži u blizini tRNA P-mjesta koja se preklapa s E-mjestom [20-22]. Na ovaj način, hyp-elF5A sprječava zastoj ribozoma na specifičnim sekvencama tako što projektuje domen koji sadrži hipusin prema P-mjestu kako bi sterički ograničio položaj ostatka koji se nalazi na njemu. Konkretno, hyp-elF5A stimulira sintezu proteina favorizirajući stvaranje peptidnih veza između kritičnih aminokiselinskih ostataka za koje se zna da su loši supstrati za reakciju, kao što su tri ili više uzastopnih prolinskih ostataka (PPP) ili poliprolinskih motiva, ali i kombinacije prolin, glicin i nabijene aminokiseline [9-11]. Dakle, hyp-elF5A pomaže u prevođenju samo dijela ukupne populacije mRNA, što je njegova karakteristična karakteristika. U vezi sa svojom glavnom ulogom u translaciji, hyp-elF5A se također može lokalizirati na endoplazmatski retikulum (ER), gdje je povezan s ribosomima vezanim za ER membranu, i čini se da olakšava kotranslacijsku translokaciju nekih proteina u ER, kao što je kolagen [23-26].cistanche benefitsDakle, blokiranje elF5A hifenacije pojačava regulaciju šaperona izazvanih stresom u kvascu [25] i dovodi do ER stresa u stanicama sisara [26,27]. Nekoliko studija je pokazalo da je elF5A uključen u procese koji nisu direktno povezani sa sintezom proteina. Strukturne karakteristike elF5A sugerišu da nudi potencijal za interakciju sa nukleinskim kiselinama. C-terminalni domen podsjeća na domen hladnog šoka (CSD), uobičajen u proteinima koji se vezuju za DNK i RNA, dok N-terminal nosi ostatke hipuzina, koji sadrži dva pozitivna naboja i podsjeća na spermidin, molekul za koji se zna da specifično djeluje sa DNK i RNK. Zaista, prijavljeno je da se hyp-elF5A vezuje za neke RNA molekule na način specifičan za sekvencu [28,29] i da pomaže u transportu novogenerisanih mRNA iz jezgra u citoplazmu [28,30]. Štaviše, eF5A mutanti imaju značajan uticaj na ravnotežu između regrutacije mRNA u ribozome za translaciju i njene degradacije [24,31,32], što sugeriše da elF5A obavlja funkciju u koracima raspada mRNA nizvodno od dekapiranja [24,31]. Archaeal IF5A takođe igra ulogu u metabolizmu RNK kao protein koji se povezuje sa ribozomima, ali takođe ispoljava aktivnost RNAze[33].

Kao što je ranije rečeno, hyp-elF5A pomaže u translaciji specifičnih proteina koji sadrže kritične motive u svojim aminokiselinskim sekvencama, iako je vjerovatno da trenutno znamo samo mali dio njegovih direktnih meta. Dakle, ključna uloga koju elF5A igra u različitim ćelijskim procesima uglavnom je posljedica širokog spektra ćelijskih funkcija koje predstavljaju njegove direktne mete. Jedna od glavnih uloga hyp-elF5A je u proliferaciji ćelija i razvoju životinja. Faktor inicijacije eukariotske translacije 5A i njegovo spajanje su ključni za proliferaciju stanica kod eukariota, a poremećaj eIF5A ili DHPS gena, kao i inhibitori DHPS, uzrokuju zaustavljanje rasta i snažne antiproliferativne efekte, uključujući apoptozu [13,{{ 9}}]. Hyp-eF5A takođe posreduje u efikasnoj autofagiji kroz translaciju glavnog transkripcionog faktora autofagije TFEB i proteina ATG3, koji je uključen u lipidaciju LC3B i formiranje autofagosoma [42,43]. Dodatno, elF5A igra važnu ulogu u pravilnoj organizaciji citoskeleta i obliku ćelije [44-46] kroz prevođenje formina kod eukariota. Kod kvasca, elF5A je neophodan za translaciju formina Bnil koji sadrži poliprolin, koji je uključen u polarizovani rast tokom parenja [47]. U skladu s tim, demonstrirana je mehanička veza između elF5A i diaphanousa, forme koja je uključena u sastavljanje kabela bogatog aktinom tokom embrionalnog dorzalnog zatvaranja Drosophile i migracije neuralnih matičnih ćelija [48]. Takođe je opisano da Hyp-elF5A potiče migraciju stanica, invaziju i metastaze kontroliranjem ekspresije skupa ključnih signalnih molekula, uključujući RhoA i Rho-povezanu kinazu, dva proteina koji reguliraju citoskelet koji su uključeni u promicanje migracije stanica [49], i direktnom regulacijom biosinteze MYC na specifičnim pauzirajućim motivima [50]. Konkretno, pokazalo se da izoforma EIF5A2 potiče epitelno-mezenhimsku tranziciju u nekoliko tipova ćelija raka [5]. Faktor inicijacije eukariotske translacije 5A također je uključen u regulaciju apoptoze, ali mehanizam koji je uključen izgleda zamršen s obzirom na to da se čini da je ova funkcija suprotna promociji proliferacije [52-54]. Nedavno je otkriveno da, kao odgovor na stres, hyp-elF5A potiče translaciju tumorskog supresora i pro-apoptotičkog faktora p53, koji sadrži poliprolinske motive osjetljive na djelovanje elF5A [55] i djeluje kao transkripcijski faktor zadužen za pokretanje raznih antiproliferativnih programa.

Suštinska uloga koju eF5A ima u navedenim ćelijskim procesima implicira ovaj protein u patogenezi širokog spektra ljudskih bolesti. Sve veći broj dokaza ukazuje na to da hyp-elF5A igra važnu ulogu u modulaciji širenja virusa. Definiran je kao esencijalni kofaktor transportnog faktora virusa humane imunodeficijencije tipa 1 (HIV-1) Rev. Kroz specifično vezivanje Rev, on učestvuje u translokaciji nespletenih virusnih mRNA preko nuklearne ovojnice [56] i može se ponašati kao nukleocitoplazmatski protein koji prenosi [57]. Iako je HIV bio prvi virus za koji se sugerira da zahtijeva elF5A, ovaj faktor također učestvuje u replikaciji drugih virusa, kao što su Marburg virus (MARV) i virus ebole [58]. Druga ljudska patogeneza s dobro definiranom vezom s elF5A je dijabetes. U mišjim modelima dijabetesa, hyp-elF5A u stanicama otočića pankreasa odgovoran je za translaciju transkripta induciranih citokinom, kao i za aktivaciju i proliferaciju T pomoćnih stanica [41,59,60]. Dva paralogna gena koja kodiraju elfF5A, EIF5A i EIF5A2, eksprimiraju se pod različitim uslovima. EIF5A1 je sveprisutno eksprimiran u svim tkivima i tipovima ćelija sisara, dok EIF5A2 pokazuje ograničenu ekspresiju u zdravom tkivu (gotovo se ne može otkriti), ali je pretjerano eksprimiran u određenim tkivima ili ćelijama raka. Prekomjerna ekspresija oba elF5A izoforma je uočena u nekoliko tumora i izaziva migraciju stanica, invaziju i metastaze raka (pogledajte pregled [51] za detalje), ali se EIF5A2 smatra potencijalnim onkogenom i dijagnostičkim ili prognostičkim markerom [61,62] jer povezan je sa lošim preživljavanjem, uznapredovalom fazom bolesti, lošim odgovorom na hemoterapeutske lekove i metastazama. Genetske varijante elF5Agenes identificirane su kao osnova određenih rijetkih neurorazvojnih poremećaja kod ljudi [63].

Inhibicija funkcije elF5A se pojavila kao potencijalna meta za liječenje gore navedenih bolesti. Inhibicija eIF5A hifenacije može se postići pomoću DHPS inhibitora, kao što su GC7(N1-guanil-1, 7-diamonheptan), deoksispergualin ili semapimod; DOHH inhibitori, kao što su ciklopiroks, deferipron ili mimozin; ili inhibitori ornitin dekarboksilaze (ODC), kao što je DFMO (difluoro metil ornitin) (Slika 1). DFMO je ireverzibilni inhibitor ODC, koji je enzim koji ograničava brzinu biosinteze poliamina. Stoga, DFMO djeluje na smanjenje nivoa poliamina i ne inhibira specifično eIF5A hifenaciju [64]. DFMO je korišten za smanjenje replikacije nekoliko RNA virusa, uključujući ebolu, dengu, Zika, polio i Coxsackie virus [58,65] i u prevenciji/terapiji raka [66]. Deferipron i njegov strukturni analog, ciklopiroks, koriste se u liječenju preopterećenja gvožđem i gljivičnih infekcija. Međutim, sva tri inhibitora DOHIH utiču na aktivnost drugih enzima, kao što je enzim prolin hidroksilaze [37]. Među poznatim inhibitorima DHPS, GC7, derivat diaminoheptana, je najefikasniji inhibitor (K; vrijednost za GC7, 0.01 uM, u poređenju sa Km za spermidin, 4,5 uM)[67] i danas se široko koristi za inhibiraju depurinaciju elF5A u ćelijama sisara [68,69]. Trenutno ne postoje inhibitori koji djeluju direktno na elF5A ili, selektivnije, na elF5A2: ovo je mogući put za buduća istraživanja i razvoj.

Konačno, uloga elF5A u starenju je opširno proučavana u posljednjoj deceniji. elF5A je uključen u dugoročno pamćenje, adaptivni imunološki odgovor, kardiovaskularnu funkciju i funkciju mitohondrija; neuspesi ovih procesa su obeležja starenja [70]. U ovom pregledu fokusiramo se na odnos između eF5A i mitohondrijalnog metabolizma, kao i bolesti povezanih s mitohondrijama, s namjerom da pružimo sažetak nedavnih podataka koji povezuju elF5A sa mitohondrijima u različitim organizmima.

2. Mitohondrijski metabolizam u zdravlju i bolesti

Mitohondrije su glavni proizvođači energije u obliku ATP-a, koji je potreban za ključne stanične procese. Kao takvi, neophodni su za život eukariota. Mitohondrije su izvedene iz endosimbioze o-proteobakterija i domaćini su nekoliko metaboličkih puteva, kao što su ciklus trikarboksilne kiseline (TCA), -oksidacija i sinteza lipida.cistanche holesterolTCA ciklus i lanac transporta elektrona (ETC) stvaraju ATP iz redoks gradijenta [71]. Ove dvoslojne subćelijske organele sadrže unutar vlastitog genoma (mtDNA)8 ili 13 gena koji kodiraju proteine ​​(u vast, odnosno kod ljudi) koji kodiraju kritične proteine ​​koji su uglavnom uključeni u oksidativnu fosforilaciju (OXPHOS) [72]. Ovaj genom se replicira i transkribuje nezavisno od nuklearnog genoma, ali oba genoma moraju raditi zajedno kako bi osigurali ispravnu funkciju ćelije. Oko 1500 nuklearno kodiranih proteina ciljano je na mitohondrije, što zahtijeva složen sistem uvoza, obrade i sklapanja [73]. Preradom kiseonika za obezbeđivanje energije za ćelijsku funkciju, mitohondrije su postale centralni igrači u aerobnom životu i kritične su u mnogim aspektima zdravlja, bolesti i starenja [74-76]. Kada elektroni pobjegnu kao nusprodukt oksidativnog disanja i djelomično reduciraju kisik, mitohondrije stvaraju reaktivne kisikove vrste (ROS). Ovo se dešava čak iu normalnim uslovima efikasne redukcije kiseonika [77,78]. U uslovima bolesti, mitohondrije postaju disfunkcionalne i generalno pokazuju tri glavna oštećenja: višak emisije ROS, nepovezani OXPHOS i abnormalni unos Ca2 [79,80]. Ovi defekti izazivaju oštećenje makromolekula i promjene u opskrbi energijom, redoks okruženju, mitohondrijalnoj signalizaciji i vitalnosti stanica. Da bi ublažili ove negativne efekte, mitohondrije su razvile različite puteve kontrole kvalitete kako bi održale svoje kritične funkcije i smanjile mitohondrijski stres. Ključni put kontrole kvaliteta je mitofagija, specifično autofagično uklanjanje mitohondrija [81].nuspojave cistanche deserticolaŠtaviše, mitohondrije pokazuju vrlo dinamičnu prirodu kroz procese fuzije i fisije, što im omogućava da se prilagode različitim stresovima remodeliranjem mitohondrijalnih mreža [82,83]. Drugi suštinski put kontrole kvaliteta je odgovor na stres uzrokovan uvoznim defektima i promjenom metabolizma lipida, koji se sastoji od indukcije komponenti odgovora na toplotni šok i slabljenja translacije[84]. Osim toga, mitohondrije mogu osjetiti pogrešno savijanje proteina matriksa i inducirati adaptivni transkripcijski program kako bi se osiguralo održavanje mitohondrijalne proteostaze [85]. Kada je oštećenje ćelije preveliko, mitohondrije igraju važnu ulogu u signaliziranju apoptotske ćelijske smrti [86].

Mitohondrijalna funkcija opada tokom starenja mozga [87-89], ali i u ostarjelim mišićima, srcu, jetri i masnom tkivu [90]. Dakle, u ostarjelim ćelijama dolazi do smanjenja broja i gustine mitohondrija, kao i proizvodnje mitohondrijalne biogeneze [91] i kapaciteta/aktivnosti respiratornog lanca [92,93]. Ostarele ćelije takođe pokazuju izmenjenu mitohondrijalnu dinamiku, pad mitofagije i sistema kontrole kvaliteta mitohondrija, i povećana oštećenja mtDNK [83,94]. S obzirom na svoju bitnu ulogu u stanicama, mitohondrijska disfunkcija može u konačnici utjecati na nekoliko bioloških procesa i pojavila se kao istaknuti potpis metaboličkih, kardiovaskularnih, upalnih i neurodegenerativnih bolesti; rak; i mnoge bolesti povezane sa starenjem [95-99]. Zbog toga je važno razumjeti mehanizme mitohondrijalne biologije kako bi se omogućio razvoj djelotvornih tretmana.

3. Ekspresija izoforma elF5A različito odgovara na ćelijsko metaboličko stanje

Većina eukariota sadrži dva paralogna gena koji kodiraju dvije visoko homologne izoforme elF5A. Ova dva gena pokazuju jasno različit obrazac ekspresije kod sisara i kvasaca, sugerirajući različitu funkcionalnu specijalizaciju, koja, međutim, još uvijek nije jasno dokumentirana u molekularnom smislu. Najnovije informacije o diferencijalnoj regulaciji izoformi elF5A dobivene su iz studija na kvascima i ukazuju na utjecaj ćelijskog metaboličkog i respiratornog stanja.

Prilagodba ćelijskog metabolizma vanjskim okolnostima važna je za većinu organizama, a posebno za kvasac koji se suočava sa stalnom promjenom okoline. Ekspresija izoformi elF5A pokazuje obrazac suprotne regulacije u fermentativnim i respiratornim uslovima. Ćelije kvasca teže fermentativnom, a ne respiratornom metabolizmu. Iako je energetski manje efikasna od disanja, u smislu proizvodnje ATP-a, fermentacija omogućava da se aktivnosti ćelija odvijaju većom brzinom i omogućava konkurentniji rast i opstanak. Ovaj preferirani fermentativni metabolizam se također nalazi u stanicama raka sisara, u kojima je povećanje biomase prioritet [100].

Geni kvasca za glikolizu i fermentaciju induciraju se u prisustvu kisika i glukoze, dok su geni uključeni u korištenje alternativnih izvora ugljika, uključujući respiratorne enzime iz TCA ciklusa, ETC i OXPHOS, podložni represiji glukoze [{{0} }]. Visoki nivoi glukoze održavaju aktivnost protein kinaze A i signalnih puteva ciljanog kompleksa rapamicina 1(TORC1), potičući proliferaciju dok inhibiraju mitohondrijalno disanje. U ovim uslovima, TIF51A je konstitutivno eksprimiran, dok je TIF51B slabo eksprimiran, skoro nedetektljiv. Kao i drugi proteini uključeni u translaciju [104-106], Tif51A je visoko aktivan i pozitivno reguliran od strane TORC1 kako bi spojio biosintetičku aktivnost s obilnom dostupnošću nutrijenata [107]. Nakon što glukoza postane ograničavajuća i s dovoljno kisika, stanice kvasca prebacuju svoj metabolizam na aerobno disanje. Tokom ove tranzicije, ekspresija TIF51A se povećava dva do četiri puta [107, kao i gena uključenih u TCA ciklus, ETC i OXPHOS [101-103,108,109], dok se ekspresija TIF51B kontinuirano smanjuje. Kako koncentracija glukoze opada, TORC1 se inaktivira, što dovodi do sporog smanjenja translacije i sinteze ribosomskih komponenti [104-106]. To znači da je rast ćelija spor i da je potrebno manje citoplazmatske translacije, ali je, iznenađujuće, potrebno više proteina elF5A [107]. Shodno tome, nakon eksponencijalnog rasta u nefermentativnim uslovima, kao što su glicerol ili etanol, nivoi TIF51A mRNA su takođe značajno povećani u poređenju sa nivoima tokom eksponencijalnog rasta glukoze, dok su nivoi TIF51B smanjeni [107]. Glavni faktori uključeni u metaboličko reprogramiranje kvasca između dva alternativna fiziološka stanja, fermentacije i disanja, su protein kinaza A, Snf1 i transkripcijski faktori koji reaguju na hem/kiseonik Hap1 i Hap2/3/4/5 kompleks. U tranziciji, Hap1 i Hap4 se induciraju i pojačavaju geni uključeni u respiratorne procese, kao što su TCA ciklus, ETC i OXPHOS [101,110-113]. Hap1 je takođe faktor transkripcije uključen u regulaciju ekspresije TIF51A nakon metaboličkog pomaka ka respiratornom rastu; ova regulacija je izgubljena kod hap1 mutanta [107]. Hap1 reaguje na povećanje ćelijskih nivoa hema uzrokovano povećanim metaboličkim protokom u TCA ciklus proizveden u respiratornim uslovima [108,109,111,114]. Zanimljivo je da se genetska regulacija elF5A jasno razlikuje od regulacije drugih faktora translacije. Ekspresija većine translacijskih faktora se smanjuje nakon ove metaboličke promjene, ali Tif51A pokazuje jedinstvenu i dvostruku regulaciju sa početnim smanjenjem uzrokovanim inaktivacijom TORC1 i naknadnim progresivnim povećanjem djelovanjem Hap1 [107)]. Ovo jasno naglašava bitnu ulogu elF5A u respiratornom procesu.

Nasuprot tome, visoki nivoi kiseonika/hema dovode do potiskivanja TIF51B kroz sinergističko djelovanje dva proteina represora koji se vezuju za DNK Rox1 i Mot3 [115-118], pri čemu Rox1 aktivira Hap1 vezani za hem [110]. Međutim, pod hipoksičnim uslovima i smanjenim nivoima hema i gvožđa, ekspresija proteina Tif51A opada. Pretpostavlja se da je mehanizam ove negativne regulacije kombinacija smanjenja aktivnosti DOHH, koji koristi kisik kao supstrat u hidroksilaciji eF5A [119], i djelovanja Hap1, koji također može djelovati kao represor [107] . S druge strane, Hall koji djeluje kao represor u hipoksičnim uvjetima smanjuje ROX1, koji inducira ekspresiju TIF51B [120].

Kod kvasca, kontrola oba elF5A izoforma od strane Halla kroz aktivaciju/represiju ekspresije TIF51A i Roxy posredovanu represiju/aktivaciju TIF51B omogućava suprotnu regulaciju dva gena samo jednim transkripcijskim faktorom. Dakle, ova diferencijalna ekspresija utiče na različite metaboličke ishode, pri čemu Tif51A potiče disanje, a Tif51B promoviše anaerobnu glikolizu. Treba napomenuti da protein Hap1 kvasca nema homologe u ćelijama sisara, ali se ne može isključiti postojanje drugog nehomolognog transkripcionog faktora koji posreduje sličnu regulaciju ljudskih izoforma EIF5Al i EIF5A2. Zaista, postoje primjeri različitih ekspresija ljudskih izoforma eIF5A povezanih s različitim metaboličkim izlazima. U uzorcima pacijenata sa humanim hepatocelularnim karcinomom (ACC) obično se pokazuje reprogramiranje unutarćelijskog metabolizma. EIE5A2 je bio povišen. Štaviše, ektopična ekspresija EIF5A2 u hHCC ćelijama povećala je ekspresiju enzima glikolize zajedno sa laktat dehidrogenazom, promovišući anaerobnu glikolizu [121]. Na taj način se povećava unos glukoze i lučenje laktata kroz regulaciju glikolitičkih enzima, što je najčešće metaboličko reprogramiranje većine stanica raka [122].

Dodatno, elF5A je identificiran kao bitan za ekspresiju faktora 1 induciranog hipoksijom sisara (HIF-1a), glavnog regulatornog transkripcionog faktora ćelijskog adaptivnog odgovora na hipoksiju [119]. Faktor inicijacije eukariotske translacije 5A u svom acetiliranom obliku, koji je neaktivan, povećava se u dugim periodima hipoksije i odgovoran je za smanjenje aktivnosti HIF-1. Iako mehanizam koji leži u osnovi ekspresije eIF5A i HIF-1 tek treba biti razjašnjen, ova regulacija čini elF5A atraktivnom terapijskom metom jer HF-1 posreduje u adaptivnom odgovoru u hipoksičnom okruženju tumorskih sferoida [119,123].

Ukratko, podaci od kvasca i ljudi podržavaju diferencijalnu ekspresiju gena EIF5A1 i EIF5A2 povezanu s metaboličkim stanjem stanica, iako nije jasno da li je ova diferencijalna ekspresija uzrok ili posljedica metaboličkog ćelijskog statusa. Želimo naglasiti da mnoga istraživanja koja istražuju funkciju elF5A na modelima sisara koriste inhibitor hipuzina GC7, za koji se do danas vjeruje da smanjuje spajanje crtica obje elF5A izoforme. Ako svaka izoforma elF5A potiče drugačiji tip metabolizma, odnosno aerobnu ili anaerobnu glikolizu, teže je protumačiti rezultate koji inhibiraju spajanje obje izoforme istovremeno.

Ovaj članak je preuzet iz Int. J. Mol. Sci. 2022, 23, 1284. https://doi.org/10.3390/ijms23031284 https://www.mdpi.com/journal/ijms