Regulation of stress-specific protein translation by the O-GlcNaC transferase ogt-1 and 3' mRNA processing
O-GlcNaC 转移酶 ogt-1 和 3 mRNA 加工对应激特异性蛋白翻译的调节
基本信息
- 批准号:10663299
- 负责人:
- 金额:$ 34.68万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2020
- 资助国家:美国
- 起止时间:2020-09-09 至 2024-07-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:AffectAllelesAnabolismAnimalsArchitectureBindingBiochemicalBiological ModelsCaenorhabditis elegansCell Culture TechniquesCell NucleusCell physiologyCellsCellular StressComplexCultured CellsDefectDehydrationDevelopmentDiabetes MellitusDiseaseEnvironmentEnzymesExhibitsExtracellular MatrixGene ExpressionGenesGeneticGenetic ScreeningGenomic approachGlucoseGlycerolGlycerol-3-Phosphate DehydrogenaseGrowthHealthHomologous GeneHumanLinkMammalian CellMammalsMediatingMessenger RNAMolecularMutationNematodaNerve DegenerationNuclearNuclear ExportNuclear ProteinsO-GlcNAc transferaseOrganismOsmosisPathway AnalysisPathway interactionsPhenocopyPhenotypePhosphorylationPhosphotransferasesPhysiologicalPhysiological ProcessesPlayPoly APolyadenylationPost-Translational Protein ProcessingProcessProtein BiosynthesisProteinsRNARNA ProcessingRegulationRibosomesRoleSignal TransductionStressSystemTestingTissuesTranslationsUp-Regulationacute stressbiological adaptation to stressgene conservationgenetic approachglycosylationhuman diseasehuman tissuein vivoin vivo Modelin vivo imaginginsightloss of functionmRNA Translationmechanical propertiesmutantnovelposttranscriptionalprotein complexresponseribosome profilingsensorsolutetranscriptome sequencingwhole genome
项目摘要
Project Summary
Cellular stress responses play essential roles in cell and organismal survival and contribute to a
wide range of physiological processes and diseases in humans. The molecular architecture of
most stress response pathways are well defined. A striking exception to this is osmotic stress
response, where the relevant stress sensors and signaling mechanisms in animals are poorly
understood. Most studies of the osmotic stress response use cultured cells, where in vivo
complexities, i.e. the extracellular matrix, tissue mechanical properties, etc., are not replicated.
To better mimic these conditions, we study the osmotic stress response in a live animal, the
nematode C. elegans. Like humans, C. elegans responds to osmotic stress by metabolizing
glucose to produce organic osmolytes, such as glycerol. We performed an unbiased forward
genetic screen to identify mutants that exhibit no induction of osmolyte biosynthesis genes (Nio
genes) and discovered multiple alleles of nio-2, which encodes the sole C. elegans homolog of
the O-GlcNAc transferase (ogt-1; OGT in humans). OGT post-translationally O-GlcNAcylates
Ser/Thr residues of cytosolic and nuclear proteins but also exhibits important GlcNAcylation
independent functions. Mammalian cells lacking OGT do not survive, but C. elegans lacking ogt-
1 are viable and fertile, providing a unique opportunity to study the role of ogt-1 in cellular
physiology. ogt-1 mutants are unable to adapt and grow in hypertonic environments and exhibit
reduced organic osmolyte levels and no induction of the osmolyte biosynthesis protein GPDH-1.
However, osmotic induction of osmolyte biosynthesis gene mRNAs is normal, suggesting that
ogt-1 functions post-transcriptionally. These defects can be rescued by expression of wild type
or catalytically inactive human OGT, showing that non-canonical functions of OGT in the osmotic
stress response are conserved from C. elegans to humans. We also discovered mutations in
interacting components of a conserved 3’ mRNA processing complex that phenocopy ogt-1. We
hypothesize that non-canonical functions of ogt-1 facilitate upregulation of stress-induced mRNA
translation via interactions with 3’ RNA processing complex proteins during osmotic stress. To
test this hypothesis, we will determine the temporal, functional, and regulatory requirements for
ogt-1 in the osmotic stress response (Aim 1), identify the specific gene expression mechanism(s)
that are affected by ogt-1 (Aim 2), and determine if ogt-1 regulates the osmotic stress response
via interactions with 3’ mRNA cleavage and polyadenylation components also identified in our Nio
screen. (Aim 3). Our studies will delineate a novel paradigm in stress signaling and reveal new
mechanisms by which OGT impacts cell physiology.
项目概要
细胞应激反应在细胞和生物生存中发挥着重要作用,并有助于
人类广泛的生理过程和疾病的分子结构。
大多数应激反应途径都有明确的定义,但渗透应激是一个显着的例外。
反应,动物的相关压力传感器和信号机制很差
大多数渗透应激反应的研究都使用体内培养的细胞。
复杂性,即细胞外基质、组织机械特性等,无法复制。
为了更好地模拟这些条件,我们研究了活体动物的渗透应激反应,
与人类一样,线虫通过新陈代谢来应对渗透压。
葡萄糖产生有机渗透剂,例如甘油,我们进行了无偏向前研究。
遗传筛选以鉴定不表现出渗透剂生物合成基因诱导的突变体(Nio
基因)并发现了 nio-2 的多个等位基因,它编码唯一的秀丽隐杆线虫同源物
O-GlcNAc 转移酶(ogt-1;人类 OGT)。
胞质和核蛋白的 Ser/Thr 残基,还表现出重要的 GlcNAc 酰化
缺乏 OGT 的哺乳动物细胞无法生存,但缺乏 OGT 的秀丽隐杆线虫
1 具有活力和繁殖能力,为研究 ogt-1 在细胞中的作用提供了独特的机会
ogt-1 突变体无法适应高渗环境并生长。
有机渗透剂水平降低,并且不诱导渗透剂生物合成蛋白 GPDH-1。
然而,渗透剂生物合成基因 mRNA 的渗透诱导是正常的,表明
ogt-1 在转录后发挥作用。这些缺陷可以通过表达野生型来弥补。
或催化失活的人类 OGT,表明 OGT 在渗透压中的非典型功能
应激反应从线虫到人类都是保守的。我们还发现了突变。
保守的 3' mRNA 加工复合物的相互作用成分,可表型 ogt-1。
证实ogt-1的非典型功能促进应激诱导的mRNA上调
在渗透压过程中通过与 3’RNA 加工复合蛋白的相互作用进行翻译。
检验这个假设,我们将确定时间、功能和监管要求
ogt-1 在渗透应激反应(目标 1)中的作用,确定特定的基因表达机制
受 ogt-1 影响的细胞(目标 2),并确定 ogt-1 是否调节渗透应激反应
通过与我们的 Nio 中也发现的 3' mRNA 切割和聚腺苷酸化成分的相互作用
(目标 3)我们的研究将描绘压力信号传导的新范式并揭示新的模式。
OGT 影响细胞生理学的机制。
项目成果
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