Трансляционная регуляция и белок

Биология связи, том 6, Номер статьи: 616 (2023) Цитировать эту статью

1 Альтметрика

Подробности о метриках

TREM2 представляет собой трансмембранный рецептор, экспрессируемый в микроглии и макрофагах. Повышенные уровни TREM2 в этих клетках связаны с возрастными патологиями, включая болезнь Альцгеймера. Однако механизм регуляции, лежащий в основе экспрессии белка TREM2, остается неясным. В этом исследовании мы раскрываем роль 5'-нетранслируемой области (5'-UTR) человеческого TREM2 в трансляции. Вышестоящий стартовый кодон (uAUG) в 5'-UTR TREM2 специфичен для некоторых приматов, включая человека. Экспрессия обычного белка TREM2, начиная с нижележащего AUG (dTREM2), репрессируется 5'-UTR опосредованным uAUG способом. Мы также обнаружили изоформу белка TREM2, начиная с uAUG (uTREM2), которая в значительной степени расщепляется протеасомами. Наконец, 5'-UTR необходим для подавления экспрессии dTREM2 в ответ на аминокислотное голодание. В совокупности наше исследование определяет видоспецифичную регуляторную роль 5'-UTR в трансляции TREM2.

Триггерный рецептор, экспрессируемый на миелоидных клетках 2 (TREM2), представляет собой трансмембранный белок, который действует как липид-чувствительный рецептор1. TREM2 преимущественно экспрессируется в микроглии головного мозга. Кроме того, он участвует в микроглиальном фагоцитозе, обрезке синапсов и воспалительной реакции2,3,4. Было показано, что редкие варианты TREM2 повышают риск болезни Альцгеймера (БА)5,6. Более того, гомозиготные мутации в TREM2 приводят к болезни Насу-Хаколы, редкому заболеванию, характеризующемуся ранним началом деменции и костными кистами7. Связанные с заболеванием варианты TREM2 нарушают субстрат-специфические функции и выживаемость микроглии8. Напротив, повышенная экспрессия TREM2 или антитело-опосредованная активация TREM2 спасает некоторые фенотипы заболеваний у мышей с моделью AD9,10. TREM2 необходим для перехода от гомеостатической микроглии к состоянию микроглии, связанному с заболеванием11. Его экспрессия также маркирует опухолеассоциированные макрофаги и липидассоциированные макрофаги12,13. Таким образом, TREM2 вовлечен в возрастные состояния, включая AD9,10,11, рак12 и ожирение13. Хотя клеточные функции TREM2 были продемонстрированы, механизм регуляции TREM2 остается неясным.

Соответствующий уровень экспрессии белков определяется некодирующими элементами, такими как 5'-нетранслируемая область (UTR)14. Восходящий AUG (uAUG) является эволюционно консервативной особенностью 5'-UTR между людьми и грызунами15. uAUG подавляет экспрессию белка, полученного из нижележащей основной ORF (открытой рамки считывания), нарушая сканирование рибосом или индуцируя нонсенс-опосредованный распад мРНК16. Генетические и биоинформатические исследования показали, что около 60% всех генов, кодирующих белки человека, содержат uAUG17.

Здесь мы сообщаем о роли uAUG в 5'-UTR TREM2, расположенной выше нижележащего AUG (dAUG). Интересно, что uAUG сохраняется среди приматов, но не у мышей. Было обнаружено, что 5'-UTR человеческого TREM2 подавляет экспрессию обычного TREM2, транслированного из dAUG (называемого dTREM2), uAUG-зависимым образом. Кроме того, мы обнаружили изоформу TREM2, полученную из uAUG. Наше исследование показывает видозависимую роль 5'-UTR в трансляции TREM2.

Сравнение последовательностей выявило наличие uAUG, расположенного на 90 оснований выше dAUG в 5'-UTR TREM2 у большинства видов приматов, включая человека, но не у других млекопитающих, таких как мыши (рис. 1a, дополнительная рис. 1). В дальнейшем для простоты мы будем называть область из 90 оснований выше dAUG 5'-UTR. Наборы данных профилирования рибосом18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38 позволяют предположить, что рибосомы распознают начальную половину 5'-UTR человеческого TREM2, но не соответствующей области мышиного Trem2 (дополнительный рисунок 2a, дополнительная таблица 1). Мы исследовали относительное использование uAUG по сравнению с использованием dAUG рибосомами, используя набор данных рибо-секвенирования39, и обнаружили, что распознавание uAUG рибосомами составляло ~ 30% от распознавания dAUG (дополнительный рисунок 2b). Хотя тип клеток был другим, аналогичный анализ микроглии мыши40 показал меньшую фракцию (~ 5%) 5'-UTR Trem2, связанную с рибосомой (дополнительная фигура 2b). Таким образом, мы предположили, что uAUG влияет на трансляцию dTREM2. Мы подготовили векторы экспрессии, в которых последовательности длиной 90 оснований, расположенные выше dAUG разных видов, были слиты с кодирующей последовательностью (CDS) человеческого TREM2 (рис. 1б). 5'-UTR TREM2 человека значительно снижала экспрессию dTREM2 по сравнению с конструкцией, лишенной 5'-UTR TREM2 (рис. 1c, d). Напротив, такого снижения dTREM2 не наблюдалось, когда 5'-UTR мыши был слит с этим геном (рис. 1c, d). Между тем, 5'-UTR шимпанзе и мартышек продемонстрировал промежуточные эффекты. Примечательно, что когда 5'-UTR приматов был слит с этим геном, была обнаружена белковая полоса большего размера, чем у dTREM2 (рис. 1c, называемая uTREM2). Предполагается, что трансляция uAUG приведет к образованию изоформы TREM2 с удлинением на 30 аминокислотных остатков, добавленных на N-конце dTREM2. Эти данные позволяют предположить, что uAUG играет две роли: репрессию экспрессии dTREM2 и продукцию uTREM2.