Papel de EIF5A en la función mitocondrial Parte 2

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4. Vínculos entre elF5A y la función mitocondrial

Durante mucho tiempo ha habido evidencia de conexiones entre elF5A, sus enzimas de separación de palabras y el sustrato de separación de palabras espermidina y la función mitocondrial, pero la suma de todos los datos aún proporciona una imagen que no es del todo clara y, a veces, parece contradictoria. Por un lado, diferentes informes han documentado que tanto un defecto como un exceso de elfF5A crean efectos deletéreos sobre la función mitocondrial. Por ejemplo, en células de músculo cardíaco de rata, la sobreexpresión de elF5A inducida por el agente antitumoral doxorrubicina dio como resultado un aumento gradual de ROS y un aumento de Ca2 más la entrada en las mitocondrias [54]. Estos cambios se correlacionaron con una pérdida del potencial transmembrana mitocondrial y la inducción de apoptosis, mientras que la interrupción de la expresión de EIF5A1 redujo la apoptosis. Estos resultados concuerdan con los resultados informados por Sun et al. (2010) [124], que se obtuvieron en células humanas en las que una infección viral estimuló la sobreexpresión de EIF5A1, pero también la sobreexpresión de un mutante de EIF5A1 incapaz de ser separado con guiones. muerte celular apoptótica inducida a través de la vía mitocondrial intrínseca. El aumento en los niveles de EIF5A1 causó una pérdida del potencial de la membrana mitocondrial y resultó en la translocación del marcador apoptótico de la proteína X (Bax) asociada al linfoma de células B 2-a las mitocondrias, la liberación de citocromo c y la activación de la caspasa. Otro aspecto interesante de este estudio fue que un análisis proteómico de células HeLa con sobreexpresión de eIE5A mostró la regulación positiva de las proteínas mitocondriales [124]. Por lo tanto, en estos estudios, la desregulación de los niveles de proteína hyp-eIF5A y elF5A sin guión provocó disfunción mitocondrial y apoptosis.

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En el caso de la levadura, como se mencionó anteriormente, se identificó tempranamente que la isoforma elF5A codificada por el gen TIF51A de S.cerevisiae es necesaria para el crecimiento en presencia de oxígeno, mientras que la isoforma codificada por el gen TIF51B se induce en condiciones hipóxicas. [1]. De hecho, una reducción en la proteína Tif51A hace que la tasa de respiración mitocondrial disminuya [107]. En la levadura de fisión Schizosaccharomyces pombe, una mutación puntual en el gen DOHH (codificado por el gen MMD1) provoca un crecimiento sensible a la temperatura y defectos en la morfología y distribución mitocondrial. A una temperatura no permisiva, los microtúbulos, que median el posicionamiento mitocondrial, muestran una organización anómala y las mitocondrias se agregan en los dos extremos celulares [125]. Estudios recientes en diferentes contextos de enfermedades, como trasplante renal, accidente cerebrovascular e infección por malaria, han destacado la conexión positiva entre las actividades de eF5A y las mitocondrias, apuntando a la inhibición de hyp-eIF5A como una forma de proteger las células en situaciones transitorias de baja disponibilidad de oxígeno que de otro modo contribuyen al daño mitocondrial y la muerte celular. Melis et al. (2017) [126] investigaron el posible vínculo entre la separación silábica de elF5A y la resistencia celular a la hipoxia/anoxia. Demostraron que el tratamiento con GC7-o inhibición de DHPS o DOHH mediada por interferencia de ARN previno la muerte celular inducida por anoxia en células renales de ratón. Es importante destacar que el tratamiento con GC7 indujo un cambio metabólico reversible hacia la glucólisis que estuvo acompañado por la remodelación mitocondrial y la regulación negativa de la expresión y la actividad de los complejos de la cadena respiratoria ETC junto con una disminución de la tasa de consumo de oxígeno mitocondrial y una generación atenuada de ROS inducida por la anoxia. Juntos, estos datos muestran que la actividad reducida de hyp-elF5A conduce al silenciamiento mitocondrial. Esto se confirmó en modelos de trasplante de riñón de cerdo y lesión renal inducida por isquemia en ratas, que demostraron los efectos beneficiosos del silenciamiento mitocondrial a través de la inhibición de hyp-eIF5A para prevenir la muerte celular inducida por anoxia [126]. Más recientemente, el mismo grupo usó un modelo de trasplante de cerdos para demostrar que la inhibición de eF5A por el tratamiento con GC7 precondicionó los riñones para el trasplante de donantes con muerte cerebral, que se acompañó de una ingesta reducida de oxígeno ]127I. Específicamente, el tratamiento con GC7 parece preservar las defensas antioxidantes al aumentar la expresión de las proteínas protectoras de las mitocondrias (superóxido dismutasa, hemo oxigenasa y otras) y la integridad/homeostasis mitocondrial al disminuir la expresión de la proteína I relacionada con la dinamina y aumentar la expresión de la mitofusina-2 . Estos efectos protectores dieron como resultado un mejor resultado del trasplante [127].dosis de cistanche redditLa preservación de la función mitocondrial al reducir su actividad durante condiciones hipóxicas a través de la inhibición de hyp-elF5A fue demostrada nuevamente por el mismo grupo que trabajó con un modelo de isquemia cerebral en ratones. La pérdida del potencial de la membrana mitocondrial es un sello distintivo de la muerte celular neuronal relacionada con la disfunción mitocondrial que ocurre con la producción excesiva de ROS, la liberación de Ca² de las mitocondrias y una disminución del ATP interno. El tratamiento con GC7 redujo estos tres efectos en las neuronas tratadas con agentes de despolarización, preservando el potencial de la membrana mitocondrial. In vivo, GC7 redujo el volumen del infarto y los déficits cognitivos posteriores al accidente cerebrovascular en ratones [128]. En un contexto diferente, los estudios sobre lactantes con infección palúdica han mostrado la aparición paralela de hipoxia celular que da como resultado la apoptosis de los miocitos del ventrículo cardíaco. Un modelo in vitro de infección por paludismo en cardiomiocitos humanos determinó que la reducción de los niveles de hip-elF5A mediante el tratamiento con GC7 conduce a una disminución en la liberación de citocromo c y lactato de las mitocondrias dañadas y reduce la caspasa miocárdica proinflamatoria y proapoptótica{{11 }} actividad. Estos resultados demuestran que la administración de GC7 en un modelo in vitro que simula la malaria previene el daño cardíaco provocado por la hipoxia [129].

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Todos los estudios previos en diferentes modelos y organismos demuestran claramente el papel positivo del eF5A concentrado en la promoción de la función y la respiración mitocondrial, pero también indican que un exceso de elF5A, separado o no, desregula el funcionamiento mitocondrial. Los mecanismos que subyacen a esta relación elF5A-mitocondrias recién comienzan a dilucidarse y se analizan en las siguientes secciones.

5. Las poliaminas regulan la función mitocondrial: efectos dependientes e independientes de eIF5A

Los niveles de poliaminas en las células de los mamíferos están estrictamente controlados y se sabe desde hace tiempo que las poliaminas (espermidina, espermina y su precursor putrescina) desempeñan funciones reguladoras en las mitocondrias [130-132]. El agotamiento de poliaminas provoca estrés oxidativo e induce la transición de permeabilidad mitocondrial que finalmente lleva a las células a la apoptosis o necrosis [133]. Por el contrario, la adición de espermina a las mitocondrias despolarizadas restaura el potencial transmembrana [134]. Los efectos de las poliaminas en las mitocondrias pueden ejecutarse a través de elF5A, dado que una de las funciones principales de la espermidina es como sustrato para la separación silábica de elF5A [12,130]. Sin embargo, parece que otras funciones de poliamina independientes de elF5A pueden dirigirse directamente a la función mitocondrial. Por ejemplo, se ha encontrado que la espermidina promueve el inicio de la traducción ribosómica de la levadura COX4, una de las subunidades de la citocromo c oxidasa (complejo IV) en la que un defecto compromete la respiración mitocondrial [135].beneficios del extracto de cistancheEl inicio de la traducción del ARNm de la COX4 está regulado positivamente por la espermidina a través de la derivación del ribosoma, un modo de iniciación de la traducción no convencional que también utilizan los virus y algunos ARNm eucarióticos mediados por una estructura de horquilla extendida en la región 5' no traducida [136].cistanche genghis khanAunque no se ha investigado elF5A en relación con la traducción de COX4, se ha documentado que promueve otros modos no convencionales de iniciación de la traducción durante la infección por virus [137] y para ARNm citoplasmáticos específicos [138,139]. Una comprensión profunda del mecanismo a través del cual las poliaminas afectan a las mitocondrias permitirá discernir entre los efectos mediados por elF5A y los independientes.

6. Localización subcelular del factor 5A de iniciación de la traducción eucariótica y su asociación con las mitocondrias

El factor de iniciación de la traducción eucariota 5A es una proteína muy abundante que se localiza principalmente en el citoplasma. Sin embargo, se han descrito otras localizaciones no citoplasmáticas, incluida la mitocondria, aunque aún no está clara la relevancia cuantitativa y funcional de esta localización subcelular alternativa. Como se discutió anteriormente, una de las localizaciones subcelulares de eF5A en la membrana del RE, donde parece mediar la translocación cotraduccional de proteínas en el RE [23,25,26]. El factor de iniciación de la traducción eucariota 5A también se ha detectado en el núcleo, al que puede entrar a través de los complejos del poro nuclear debido a su pequeño tamaño [140]. Se han encontrado exportinas nucleares para elF5A en mamíferos (Xpo4) y en levaduras (Pdr6) [30,140]. La localización nuclear de elF5A parece estar regulada por su acetilación reversible, una modificación que parece excluir la separación silábica (revisada en [141]). Así, el consenso actual es que el eF5A no modificado se distribuye por toda la célula, mientras que el elF5A acetilado se acumula en el núcleo y el hip-elF5A en el citoplasma. Se ha propuesto que el transporte núcleo-citoplasma de elF5A facilita la exportación nuclear de ARNm y proteínas específicos, aunque esta función no se comprende claramente [141].

También se ha propuesto que la exportación nuclear de elF5A está mediada por Xolo/Crm1, aunque los resultados posteriores argumentan en contra de Xolo como una exportación directa de elF5A [24, 57, 142]. Curiosamente, la inhibición de Xpo1 promueve la acumulación de la proteína elF5A en las mitocondrias en una línea celular de cáncer de ovario humano, donde induce la apoptosis [143]. Se descubrió que elF5A interactúa con la proteína de unión al ARNm del factor de crecimiento similar a la insulina 2 (IGF2BP1) en el citoplasma, evitando la acumulación de elF5A en las mitocondrias. Paul es la exportación nuclear de IGF2BP1; por lo tanto, la inhibición de la exportación nuclear de IGFBP1 mediada por Xpo1- da como resultado la localización de elF5A en las mitocondrias. IGF2BP1, por lo tanto, actúa como un regulador de la localización y función proapoptótica de elF5A en las mitocondrias [143]. Otros informes también han propuesto que elF5A está asociado con las mitocondrias. En un estudio proteómico para determinar las proteínas mitocondriales expresadas diferencialmente en una línea celular de carcinoma nasofaríngeo metastásico en comparación con uno no metastásico, elfF5A fue una de las proteínas más inducidas de mitocondrias purificadas, junto con proteínas involucradas en el metabolismo redox mitocondrial, el transporte respiratorio de electrones y potencial de membrana mitocondrial [144].

Durante la traducción de algunas variantes de transcripción de ARNm del gen humano EIF5A1, el uso de un codón de inicio alternativo da lugar a una isoforma elF5A con 30 aminoácidos extendidos en la secuencia peptídica N-terminal [145]. Esta isoforma elF5A más larga se traduce de manera mucho menos eficiente que el elF5A canónico, pero también es susceptible de modificación por separación de sílabas. La secuencia N-terminal extendida contiene una supuesta señal de localización mitocondrial y, de hecho, cuando la isoforma elF5A más larga se sobreexpresa en células HeLa humanas, se purifica conjuntamente con las mitocondrias [145]. Más recientemente, el mismo grupo investigó el papel de la isoforma elF5A más larga en la función mitocondrial [146]. Utilizaron un siRNA específico para agotar solo la isoforma elF5A más larga sin afectar a la canónica y observaron la regulación a la baja de los niveles de mRNA de varios genes implicados en la biogénesis de las mitocondrias, así como una reducción en los niveles de varias proteínas OXPHOS en células HeLa. Contrariamente a los resultados del agotamiento de elF5A canónico, el agotamiento de la isoforma elF5A extendida N-terminal condujo a un aumento en el consumo de oxígeno; sin embargo, también produjo más ROS y fragmentación mitocondrial, y aumentó la expresión de la proteína proapoptótica BAK, lo que sugiere que la isoforma elF5A más larga es necesaria para la dinámica mitocondrial y que su agotamiento da como resultado disfunción mitocondrial y apoptosis [146]. Excepto por el aumento en el consumo de oxígeno, otros efectos de agotar la isoforma elF5A más larga recapitulan los encontrados al agotar o inhibir la isoforma canónica de elF5A de mamíferos, lo que plantea la posibilidad de que las estrategias utilizadas, como la inhibición de separación silábica o la interferencia de ARN, contra la secuencia canónica de EIF5A1 también podría actuar sobre la isoforma más larga elF5A.prolongación de la vida de la cistanchePor lo tanto, los resultados observados pueden ser consecuencia de la falta de la isoforma menos expresada. Esta posibilidad no se puede descartar actualmente y se necesita más trabajo para aclarar este punto. De los trabajos citados anteriormente, se puede inferir que el papel de elF5A en las mitocondrias está directamente relacionado con su asociación con este orgánulo, pero aún es incierto.

7. Funciones moleculares del factor 5A de iniciación de la traducción eucariótica en la función mitocondrial

Los estudios revisados ​​en las secciones anteriores demuestran que elF5A es necesario para la función mitocondrial correcta; sin embargo, los resultados siguen siendo desconcertantes. Aquí, revisamos trabajos muy recientes que proponen diferentes mecanismos moleculares a través de los cuales elF5A puede afectar el rendimiento mitocondrial.

Los resultados presentados por Puleston et al. (2019) [147] revelan el papel de elF5A en las mitocondrias. En primer lugar, los autores demostraron que la inhibición de hyp-elF5A limita el OXPHOS mitocondrial en células de mamíferos y que hyp-eF5A es necesario para aumentar la respiración en condiciones de glucólisis limitada. Además, los autores demostraron en un contexto de activación de macrófagos de ratón dependiente de OXPHOS que la inhibición de hyp-eF5A redujo la actividad del ciclo TCA y redujo la expresión de muchas proteínas mitocondriales a nivel de proteína sin afectar los niveles de ARNm. Estos resultados están de acuerdo con resultados previos informados por Melis et al. (2017)[126]. Las proteínas mitocondriales sensibles a eIF5A identificadas por Puleston et al. (2019)[147] incluían componentes del complejo ETC, algunas enzimas TCA (p. ej., succinil-CoA sintetasa y succinato deshidrogenasa) y enzimas alimentadoras de TCA (p. ej., piruvato deshidrogenasa). Sin embargo, otras proteínas TCA se vieron menos afectadas (p. ej., citrato sintasa e isocitrato deshidrogenasa) y las enzimas de la glucólisis no se vieron afectadas, lo que indica la especificidad del efecto. Los autores investigaron la posibilidad de que la traducción de señales específicas de orientación mitocondrial (MTS) dependiera de hyp-elF5A. Demostraron que la masa de algunas proteínas sensibles a hyp-eIF5A era suficiente para conferir eficiencia de traducción dependiente de hyp-eF5A cuando se fusionaban con proteínas indicadoras. Puleston et al.(2019)[147] concluyeron que hyp-eIF5A regula la respiración mitocondrial, al menos en parte, al promover la traducción de los MTS de algunas proteínas mitocondriales, un paso esencial cuando aumentan las demandas de OXPHO, como durante la fase de macrófagos. activación. Aunque las secuencias de MTS contienen tramos de aminoácidos repetitivos y son ricas en aminoácidos cargados que pueden ralentizar la traducción, no está claro, como afirman los autores, cómo afecta hyp-elF5A a la eficiencia de traducción de algunos de estos MTS, pero no a la de otros. con características globales similares.

Nuevas investigaciones sobre el papel protector de la inhibición de elF5A durante la isquemia renal han detallado la transición metabólica de la fosforilación oxidativa aeróbica hacia la glucólisis anaeróbica tras el tratamiento con GC7 y han demostrado que este tratamiento regula la expresión de los transportadores de glucosa [148]. En las células renales proximales bajo la inhibición de la formación de guiones elF5A, el consumo de oxígeno disminuyó, pero aumentó el consumo de glucosa y la salida de lactato, así como la dependencia de la importación de glucosa y la glucólisis, lo que demuestra un cambio metabólico hacia la glucólisis anaeróbica exclusiva. Durante la inhibición de GC7 in vitro e in vivo, la salida de glucosa de las células renales proximales se vio afectada a través de la represión del transportador de glucosa facilitado GLUT1, aumentando así la disponibilidad de glucosa en las células proximales. Estos resultados explican la supervivencia de las células renales bajo hipoxia, con demandas energéticas satisfechas por un cambio a la glucólisis anaeróbica. Sin embargo, las razones moleculares de este cambio metabólico no están claras, dado que GLUT1 no contiene supuestos motivos peptídicos dependientes de elF5A. También se desconoce si el aumento de los niveles de glucosa intracelular resultante de la inhibición de GLUT1 es causa o consecuencia de este cambio metabólico mediado por GC7-[148].

Otro estudio reciente ha establecido una conexión molecular entre eIF5A y el proceso de fusión mitocondrial [149]. Sus autores investigaron el papel del factor de transcripción de remodelación cardiovascular Krüppel-like factor 5 (Klf5) en la senescencia vascular y descubrieron que Klf5 se une directamente al promotor EIF5A y activa su transcripción para preservar la integridad de las mitocondrias. La modulación de elF5A por Klf5 moduló concomitantemente el contenido de ATP, la producción de ROS y la dinámica mitocondrial. Es importante destacar que elF5A interactuó físicamente con la mitofusina 1 (Mnf1), una proteína transmembrana de la membrana mitocondrial externa que es un regulador clave de la fusión e integridad mitocondrial. Los factores de iniciación de la traducción eucariota 5A y Mnf1 se co-localizaron en las mitocondrias y facilitaron la formación de redes de mitocondrias fusionadas. Por el contrario, la regulación a la baja de elF5A por la deficiencia de Klf5 o durante la senescencia vascular resultó en la fisión mitocondrial y condujo a la enfermedad vascular [149]. Aunque los mecanismos precisos a través de los cuales se mantiene la integridad mitocondrial a través de la interacción de elF5A con Mnf1 aún deben dilucidarse, se sabe que la fusión y fisión mitocondrial equilibrada coordina no solo la forma, el tamaño y el número mitocondrial, sino también el metabolismo energético, el ciclo celular. , mitofagia y apoptosis [150].

Como se mencionó en las secciones anteriores, es bien sabido que la función mitocondrial disminuye con la edad [83]. En los últimos años, se han utilizado diferentes modelos in vitro e in vivo para mostrar una fuerte conexión entre la suplementación con espermidina y la extensión de la vida en organismos modelo y el envejecimiento retardado en organismos modelo y humanos. Esta conexión se ha investigado recientemente y los efectos de la espermidina en el envejecimiento están mediados principalmente por la separación de guiones elF5A inducida por espermidina, que preserva la función mitocondrial.

Durante mucho tiempo se ha documentado una disminución de poliaminas en cultivos de células de mamíferos y órganos humanos durante el envejecimiento [151,152]. En 2009, el trabajo de Eisenberg et al. (2009)[153] demostraron que la adición exógena de espermidina prolongó la vida útil en células de levadura, mosca, gusano y humanos. La espermidina también redujo el estrés oxidativo relacionado con la edad en ratones. Por el contrario, el agotamiento de poliaminas disminuyó la vida útil de la levadura y aumentó la producción de ROS y la necrosis. Los autores observaron una correlación entre la longevidad inducida por espermidina y la hipoacetilación de la histona H3, lo que condujo a la regulación positiva de los genes de autofagia ATG7, ATG11 y ATG15 y promovió la autofagia en todos los organismos modelo probados, lo que demostró ser crucial para la poliamina. -mayor longevidad [153].

Los efectos beneficiosos de la suplementación con espermidina sobre el envejecimiento también se informaron en diferentes organismos, en relación con diferentes aspectos relacionados con la edad relacionados con la promoción de la autofagia [154,155], pero también de forma independiente [156. Se demostró que la espermidina mejora el envejecimiento cardiovascular, mejora la memoria y reduce la mortalidad por cáncer, entre otros efectos beneficiosos [157].cistanche nueva zelandaLa mediación de los efectos de la espermidina a través de la separación inducida de elF5A se ha demostrado recientemente en estudios de inmunidad de células B en adultos mayores. La separación silábica elF5A promovida por espermidina restauró la inmunidad de las células B en ratones viejos a través de la promoción de la autofagia [43]. Hyp-elF5A mantuvo la autofagia a través de la traducción del factor de transcripción de autofagia TFEB, que contiene motivos de poliprolina en su secuencia de aminoácidos. Durante el envejecimiento, se produce una disminución de los niveles de TFEB, junto con los de hip-eF5A y espermidina, lo que provoca fallos en el sistema inmunitario [43]. Curiosamente, un análisis proteómico realizado en este estudio con células B primarias tratadas con GC7 mostró una expresión reducida de TFEB, pero no del objetivo ATG3 de elF5A de autofagia de mamíferos y Caenorhabditis elegans mostrado anteriormente [42], lo que sugiere la influencia del contexto celular. Tanto ATG3 como TFEB contienen motivos de poliprolina susceptibles a la dependencia de elF5A y proporcionan una conexión mecánica entre hip-elF5A y la autofagia, aunque la presencia de motivos de poliprolina solos en la secuencia de la proteína no parece suficiente en todos los casos para causar niveles reducidos de proteína mediante la inhibición de hip-elF5A. eIF5A [43,158].

Las conexiones mecánicas entre los efectos positivos de la espermidina en la reducción de los síntomas relacionados con la edad y el papel de hyp-elF5A en el mantenimiento de las mitocondrias funcionales se han explorado en estudios muy recientes. Schroeder et al. (2021) [159] estudiaron ratones de edad avanzada y descubrieron que la espermidina de la dieta atraviesa la barrera hematoencefálica, lo que aumenta la separación de guiones elF5A del hipocampo. Los ratones envejecidos alimentados con espermidina mostraron mejoras en varias pruebas cognitivas. Los autores también mostraron una mayor respiración mitocondrial en el cerebro del ratón y en las moscas, aunque los resultados en los ratones dependían del sexo y la edad. Anteriormente se ha propuesto que la autofagia es crucial para el control de calidad mitocondrial durante el envejecimiento y la neurodegeneración [160]. En consecuencia, en Drosophila, la regulación a la baja del gen de autofagia esencial Atg7, la supuesta quinasa inducida por PTEN asociada a la mitofagia (Pink1) y el homólogo de la ubiquitina ligasa E3 humana Parkin (Park) eliminó la mejora en la respiración mediada por espermidina [159] . Estos resultados están de acuerdo con los resultados de [161] en C.elegans, donde la inhibición de la neurodegeneración y el envejecimiento por parte de la espermidina dependía de PINK1 y el gusano Parkin ortholog PDR1, que median la mitofagia.

Los efectos beneficiosos de la espermidina sobre la salud cognitiva mitocondrial y cerebral pueden estar mediados por el efector eIF5A [159,162]. Drosophila envejecida bajo la suplementación con espermidina contenía niveles más altos de proteínas involucradas en OXPHOS, pero no niveles más altos del ARNm correspondiente, y esto se correlacionó con una mayor respiración máxima y abundancia mitocondrial en los cerebros. En cerebros de Drosophila envejecidos, los niveles de espermidina e hip-elF5A se redujeron, y ambos podrían potenciarse con suplementos de poliamina hasta la mediana edad, aunque no en cerebros de Drosophila muy viejos. Los diferentes enfoques genéticos para la reducción parcial de la separación silábica de elF5A en el cerebro de la mosca condujeron a una respiración mitocondrial reducida, y el análisis proteómico cuantitativo indicó una regulación a la baja de las proteínas mitocondriales, específicamente las proteínas OXPHOS. Curiosamente, la mayoría de los efectos positivos sobre la función mitocondrial causados ​​por la suplementación con espermidina fueron abolidos al reducir la hip-eF5A en los cerebros de las moscas. Liang et al. (2021) 162] también investigaron si la separación silábica de elF5A era la razón de la vida útil prolongada mencionada anteriormente obtenida en moscas, ratones y otros organismos con la adición de espermidina [153,163,164]. Observaron que la extensión de la vida se anuló en las moscas deficientes en guiones [162]. Finalmente, la espermidina mejoró la disminución de las funciones locomotoras y de memoria de las moscas envejecidas, mientras que la atenuación de la separación silábica de elF5A mejoró estos efectos nocivos para la edad y, lo que es más importante, los efectos positivos de la espermidina sobre la locomoción y la memoria se perdieron en su mayoría en animales atenuados con hipusina elF5A. . Estos últimos resultados están de acuerdo con otro estudio reciente en el que una reducción de la actividad de la desoxihipusina sintasa se asoció con un trastorno del neurodesarrollo en humanos [165]. Aunque los resultados informados por Liang et al. (2021) [162] reforzaron la conexión molecular entre los efectos beneficiosos de la espermidina en el rendimiento de las mitocondrias envejecidas y las funciones cerebrales con la separación silábica elF5A, Schroeder et al. (2021) [159] señalaron un papel de hyp-elF5A para mantener el control de calidad mitocondrial mediante autofagia/mitofagia, aún faltan los detalles moleculares del mecanismo y no se entiende completamente cómo la autofagia/mitofagia beneficia directamente el rendimiento mitocondrial.

8. Perspectivas sobre la identificación de procesos y objetivos mitocondriales bajo el control de eIF5A

El principal papel molecular atribuido a elF5A es facilitar la traducción de subconjuntos específicos de proteínas que contienen motivos dependientes de elF5A [10,11]. Sin embargo, se han propuesto otros roles moleculares menos caracterizados relacionados con la capacidad de elF5A para unirse a los ARN y regular su metabolismo. De los resultados anteriores, está claro que los niveles adecuados de hip-elF5A son necesarios para preservar OXPHOS y la función mitocondrial. Los estudios descritos anteriormente han propuesto que elF5A podría estar involucrado en la traducción de proteínas mitocondriales específicas que contienen MTS dependiente de elF5A, en la regulación del flujo de metabolitos a las mitocondrias para mantener el metabolismo aeróbico a través de la regulación de los transportadores de glucosa, en el mantenimiento de la dinámica mitocondrial a través de la interacción con proteínas involucradas en la fusión mitocondrial (Mnf1), en promover la autofagia al facilitar la síntesis de ATG3 y TFEB, o específicamente en la mitofagia a través de un mecanismo dependiente de las proteínas PINK1 y Park. Para discernir y probar estos roles, será necesario identificar el proceso molecular específico y/o las dianas y condiciones específicas de la proteína bajo el control directo de elF5A.

En un intento por identificar candidatos a proteínas mitocondriales para la traducción directa dependiente de elF5A, buscamos motivos peptídicos que causaran el estancamiento de los ribosomas dependientes de elF5A [11 en el proteoma mitocondrial de S. cerevisiae. Descubrimos que la abundancia de motivos elF5A en las proteínas mitocondriales codificadas por núcleo 1117 es solo ligeramente mayor que en las proteínas de levadura totales, pero estos motivos están escasamente representados en las 10 proteínas codificadas por ADN mitocondrial (Figura 2). Las proteínas implicadas en el ciclo TCA muestran una media de 3,3 motivos/proteína, superior a la media del proteoma total de levadura (2,8 motivos/proteína) y muy superior a la de las proteínas OXPHOS (1,8 motivos/proteína). Sin embargo, los motivos dependientes de eIF5A más representados fueron los mismos (GGA, GGG y KPG) en las proteínas TCA y OXPHOS, con solo dos motivos PPP: uno en la enzima succinil-CoA ligasa (Lsc1) TCA y otro en la subunidad de succinato deshidrogenasa (Sdh4), que participa en el ciclo TCA y OXPHOS.

Figura 2. Distribución de motivos dependientes de elF5A en proteínas mitocondriales de Saccharomyces cerevisiae. Distribución de los 43 motivos tripéptidos pausadores de ribosomas dependientes de elF5A con la puntuación más alta [1l] en las proteínas del genoma completo de la levadura (a), proteínas mitocondriales codificadas nuclearmente (b), proteínas codificadas mitocondriales (c), el ciclo del ácido tricarboxílico (TCA) (d), fosforilación oxidativa (OXPHOS) (e), y en la categoría funcional de organización mitocondrial Gene Ontology (f). La tabla muestra las proteínas involucradas en una organización mitocondrial con al menos un motivo PPP. El índice de pausa de proteína (PPI) se calcula como la suma del valor cuantitativo de la pausa del ribosoma provocada por el agotamiento de elF5A en cada uno de los 43 motivos tripéptidos dependientes de elF5A más altos [11] que se encuentran en la secuencia de aminoácidos de cada proteína y es mayor en proteínas que supuestamente dependen más de elF5A para su traducción. Una búsqueda de proteínas mitocondriales de levadura con motivos de poliprolina más largos mostró que Ytal2, Srv2 y Tim50 contienen tramos de hasta nueve, seis y siete prolinas consecutivas, respectivamente (Figura 2). Yta12 (homólogo de AFG3L2 humano) es parte de la proteasa m-AAA mitocondrial conservada, que está compuesta por las proteínas Afg3 e Yta12, y está ubicada en la membrana mitocondrial interna (Figura 3). Ytal2/Afg3 regula la proteostasis mitocondrial mediando la maduración de proteínas y la degradación y es necesaria para el correcto ensamblaje de los complejos enzimáticos mitocondriales [166]. Curiosamente, el complejo Ytal2/Afg3 también participa en el empalme de los mRNA mitocondriales que contienen los intrones COXT y COB, que codifican la subunidad 1 de la citocromo oxidasa y el citocromo b, respectivamente, que forman parte de la ETC. Así, la deficiencia en Yta12/Yta10 provoca una baja respiración debido, entre otros efectos, a un ensamblaje deficiente de ETC[167]. Srv2 (homólogo de CAP1 y CAP2 humanos) media el ensamblaje de actina en las mitocondrias, y la eliminación de Srv2 provoca mitocondrias hiperfusionadas alargadas y reduce la respiración. Curiosamente, Srv2 interactúa con la fisión mitocondrial GTPasa Dnm1/DRP1 [168]. Finalmente, Tim50 (un homólogo de TIMM50 humano) es una subunidad esencial del complejo TIM23 de la membrana interna mitocondrial, que media la importación de la mayoría de las proteínas mitocondriales a través del reconocimiento de sus MTS (Figura 3) [169]. Aunque estas tres proteínas son candidatas tentadoras para mediar los efectos de elF5A sobre la función mitocondrial, la presencia de tramos de poliprolina no es un requisito suficiente para crear dependencia de elF5A [43,158]. Los estudios futuros determinarán las conexiones mecánicas precisas entre elF5A y las proteínas mitocondriales sensibles a hyp-eIF5A ya descritas e identificarán nuevas proteínas objetivo mitocondriales y procesos bajo el control de elF5A (Figura 3).

Figura 3. Funciones celulares de elF5A y modelo de su papel en el mantenimiento de la actividad mitocondrial. Se sabe que elF5A está implicado en diferentes procesos celulares, aunque los más relevantes y relacionados con las mitocondrias se representan en la figura. Unido a los ribosomas, hyp-elF5A facilita la elongación de la traducción en motivos específicos [10,11], así como la traducción acoplada a ER [23,25,26]. En el núcleo, eIF5A ayuda a exportar ciertos ARNm y proteínas [141]. El F5A juega un papel controvertido en la apoptosis, ya que se ha definido que es necesario para inducir la apoptosis mediada por mitocondrias [124,146], pero también para provocar la muerte celular cuando se inhibe [133]. Hyp-elF5A promueve la autofagia a través de la traducción de los factores de autofagia ATG3 (relacionado con la autofagia 3) y TFEB (factor de transcripción EB) [42A43]. La creciente evidencia muestra un vínculo directo entre hyp-elF5A y la función mitocondrial. Además de su asociación con las mitocondrias [143-146], se ha descrito que algunas proteínas de ambos TCA se ven afectadas directa o indirectamente por la inhibición de hyp-elF5A [126,147]. También se ha propuesto que hyp-eF5A podría mediar en la mitofagia a través de las proteínas ATG7 (Autophagy Related 7), Pink1 (la supuesta quinasa inducida por PTEN asociada a la mitofagia) y Park (la ubiquitina ligasa E3 Parkin) [170]. Otras proteínas involucradas en el transporte mitocondrial de proteínas codificadas por el núcleo y la organización mitocondrial se consideran objetivos putativos de elF5A (Figura 2). Entre estos, las proteínas integrales de la membrana interna mitocondrial Yta12 (proteasa del complejo Yta12/Afg3 y homólogo de levadura de AFG3L2 humano) y Tim50 (subunidad esencial del complejo TIM23 y homólogo de levadura de TIMM50 humano) contienen tramos largos de poliprolina en su amino secuencias de ácidos, lo que sugiere una posible dependencia de elF5A para su traducción y, por lo tanto, un posible vínculo entre hip-elF5A y la función mitocondrial. El procesamiento de las figuras se realizó con el software BioRender.

Contribuciones de autor:Conceptualización, MB-A. y PA; redacción—preparación del borrador original, MB-A y PA; redacción: revisión y edición, MB-A y PA; adquisición de fondos, PATodos los autores han leído y están de acuerdo con la versión publicada del manuscrito.

Fondos:Esta investigación ha sido financiada por la Generalitat Valenciana (AICO/2020/086) y el Ministerio de Ciencia e Innovación de España (PID2020-120066RB-I00) al PAMB-A. es becaria predoctoral (FPU2017/03542) del Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades de España.

Expresiones de gratitud:Los autores agradecen el apoyo de todos los miembros del laboratorio GFL.

Conflictos de interés:Los autores declaran no tener conflicto de intereses. Los financiadores no tuvieron ningún papel en el diseño del estudio; en la redacción del manuscrito, o en la decisión de publicar los resultados.

Este artículo está extraído de Int. J. Mol. ciencia 2022, 23, 1284. https://doi.org/10.3390/ijms23031284 https://www.mdpi.com/journal/ijms