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May 04, 2023

Regolazione traduzionale e proteine

Communications Biology volume

Biologia delle comunicazioni volume 6, numero articolo: 616 (2023) Citare questo articolo

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TREM2 è un recettore transmembrana espresso nella microglia e nei macrofagi. Livelli elevati di TREM2 in queste cellule sono associati a condizioni patologiche legate all’età, incluso il morbo di Alzheimer. Tuttavia, il meccanismo di regolazione alla base dell’espressione proteica di TREM2 rimane poco chiaro. In questo studio, scopriamo il ruolo della regione 5′ non tradotta (5′-UTR) del TREM2 umano nella traduzione. Un codone iniziale a monte (uAUG) nel 5′-UTR di TREM2 è specifico per alcuni primati, compresi gli esseri umani. L'espressione della proteina TREM2 convenzionale, a partire dall'AUG a valle (dTREM2), viene repressa dal 5′-UTR in modo mediato da uAUG. Rileviamo anche un'isoforma della proteina TREM2 a partire da uAUG (uTREM2) che è ampiamente degradata dai proteasomi. Infine, il 5′-UTR è essenziale per la downregulation dell'espressione di dTREM2 in risposta alla carenza di aminoacidi. Collettivamente, il nostro studio identifica un ruolo normativo specie-specifico del 5′-UTR nella traduzione di TREM2.

Il recettore trigger espresso sulle cellule mieloidi 2 (TREM2) è una proteina transmembrana che agisce come un recettore sensibile ai lipidi1. TREM2 è espresso prevalentemente nella microglia nel cervello. Inoltre, è coinvolto nella fagocitosi microgliale, nella potatura sinaptica e nella risposta infiammatoria2,3,4. È stato dimostrato che varianti rare di TREM2 aumentano il rischio di malattia di Alzheimer (AD)5,6. Inoltre, le mutazioni omozigoti nel gene TREM2 portano alla malattia di Nasu-Hakola, una malattia rara caratterizzata da demenza a esordio precoce e cisti ossee7. Le varianti di TREM2 associate alla malattia compromettono le funzioni specifiche del substrato e la sopravvivenza della microglia8. Al contrario, l'elevata espressione di TREM2 o l'attivazione mediata da anticorpi di TREM2 salva alcuni fenotipi di malattia nei topi modello AD9,10. TREM2 è essenziale per la transizione dalla microglia omeostatica allo stato microgliale associato alla malattia11. La sua espressione marca anche i macrofagi associati al tumore e i macrofagi associati ai lipidi12,13. Pertanto, TREM2 è stato implicato in condizioni legate all'età tra cui AD9,10,11, cancro12 e obesità13. Sebbene le funzioni cellulari di TREM2 siano state dimostrate, il meccanismo di regolazione di TREM2 rimane sfuggente.

Il livello di espressione appropriato delle proteine ​​è determinato da elementi non codificanti, come la regione 5' non tradotta (UTR)14. L'AUG a monte (uAUG) è una caratteristica evolutivamente conservata del 5′-UTR tra esseri umani e roditori15. uAUG reprime l'espressione della proteina derivata dall'ORF principale a valle (open reading frame) interrompendo la scansione dei ribosomi o inducendo il decadimento dell'mRNA mediato da sciocchezze16. Studi genetici e bioinformatici hanno stimato che circa il 60% di tutti i geni codificanti proteine ​​umane contengono uAUG17.

Qui, riportiamo il ruolo di uAUG nel 5′-UTR di TREM2, situato a monte dell'AUG a valle (dAUG). Curiosamente, è stato determinato che uAUG è conservato tra i primati, ma non nei topi. È stato scoperto che il 5′-UTR del TREM2 umano reprime l'espressione del TREM2 convenzionale tradotto da dAUG (denominato dTREM2) in modo dipendente da uAUG. Inoltre, abbiamo rilevato un'isoforma TREM2 derivata dall'uAUG. Il nostro studio rivela il ruolo specie-dipendente del 5′-UTR nella traduzione di TREM2.

Un confronto di sequenze ha rivelato la presenza di un uAUG, situato 90 basi a monte del dAUG nel 5'-UTR di TREM2 nella maggior parte delle specie di primati, compresi gli esseri umani, ma non in altri mammiferi, come i topi (Fig. 1a, Fig. 1). Di seguito, per semplicità, ci riferiremo alla regione di 90 basi a monte di dAUG come 5'-UTR. I set di dati di profilazione dei ribosomi18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38 suggeriscono che i ribosomi riconoscono la metà iniziale del 5′-UTR del TREM2 umano, ma non la regione corrispondente del topo Trem2 (Figura 2a supplementare, Tabella supplementare 1). Abbiamo esaminato l'uso relativo di uAUG rispetto a quello di dAUG da parte dei ribosomi utilizzando un set di dati ribo-seq39 e abbiamo scoperto che il riconoscimento di uAUG da parte dei ribosomi era circa il 30% di quello di dAUG (Figura 2b supplementare). Sebbene il tipo di cellula fosse diverso, un'analisi simile della microglia del topo40 suggeriva una frazione inferiore (~ 5%) di Trem2 5′-UTR legata al ribosoma (Figura 2b supplementare). Pertanto, abbiamo ipotizzato che uAUG influenzi la traduzione di dTREM2. Abbiamo preparato vettori di espressione in cui sequenze lunghe 90 basi a monte del dAUG di diverse specie sono state fuse con la sequenza codificante (CDS) del TREM2 umano (Fig. 1b). Il 5′-UTR del TREM2 umano ha ridotto significativamente l'espressione di dTREM2 rispetto a quella del costrutto privo del 5′-UTR di TREM2 (Fig. 1c, d). Al contrario, non è stata osservata alcuna diminuzione di dTREM2 quando il 5′-UTR del topo è stato fuso con questo gene (Fig. 1c, d). Nel frattempo, il 5′-UTR degli scimpanzé e degli uistitì ha mostrato effetti intermedi. In particolare, una banda proteica più grande di quella di dTREM2 è stata rilevata quando il 5′-UTR dei primati è stato fuso con questo gene (Fig. 1c, denominato uTREM2). Si prevede che la traduzione da uAUG produca un'isoforma TREM2 con un'estensione di 30 residui amminoacidici aggiunti all'N-terminale di dTREM2. Questi dati suggeriscono che uAUG svolge due ruoli, la repressione dell'espressione di dTREM2 e la produzione di uTREM2.