Protein translation control of organism development

生物体发育的蛋白质翻译控制

基本信息

  • 批准号:
    RGPIN-2020-06195
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 3.06万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2021-01-01 至 2022-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Embryonic development requires precise spatiotemporal synthesis of thousands of proteins. Correspondingly, translational control of mRNAs is essential for proper embryogenesis. The long-term vision of our research program is to explore the roles played by a novel, potentially widespread contributor to translation regulation during embryogenesis, upstream open reading frames (uORFs). Most transcripts in eukaryotes have uORFs in their 5'untranslated regions (5'UTRs) that recruit translating ribosomes and sequester translation machinery away from the main coding sequence (mCDS). This suppresses protein synthesis. In spite of the potential that uORFs thereby represent as widespread translational regulators, there are very few descriptions of their role or impact in any biological context. Rationale and Preliminary data: Ribo-seq of Drosophila embryos identified >22,000 translating uORFs through development; many at levels higher than their downstream mCDS. Our analysis of these datasets identified 305 transcription factor transcripts with high uORF translation rates during Drosophila embryogenesis. To test a role for these uORFs, using in vitro translation assays and in vivo transgenic reporter analysis, we found that 5'UTR uORFs within the transcription factor grainy head (grh), suppress and spatially regulate translation of grh mCDS. Our short-term objective is to start systematic mutant analysis of transcription factor uORFs to test their role in regulating rates and spatiotemporal patterns of protein synthesis required for embryogenesis. We hypothesize that transcription factor translation is regulated by uORFs in the 5'UTR of their transcripts. We predict that mutation of uORF start codons - to prevent uORF translation - will induce ectopic, precocious and/or upregulated expression of transcription factor, causing severe defects in embryonic development. Aim 1. Genetic analysis of uORF function in transcription factor translation and developmental function. Transcripts for analysis will be prioritized, based on high uORF translation and the gene's role in embryogenesis. The impact of uORF mutagenesis will be assessed: (i) We will screen transcripts using transgenic reporters to identify uORFs that suppress main coding sequence translation. (ii) Suppressive uORFs will be disrupted by genome editing, followed by assessment of transcription factor expression and impact on embryogenesis. Aim 2. In vitro translation assays of uORF activity. We will systematically screen transcripts for uORFs that suppress main coding sequence translation. For transcripts with multiple uORFs, we will explore the relative contribution of each uORF to translation suppression. Significance. Our innovative objectives will provide ground-breaking evidence that uORFs play essential roles in translation control required for embryogenesis. This sets the stage for our long-term vision to examine the many roles and mechanisms underlying uORF function in development.
胚胎发育需要数千种蛋白质的精确时空合成。相应地,mRNA的翻译控制对于适当的胚胎发生至关重要。我们研究计划的长期视野是探索新颖的,有可能在胚胎发生过程中翻译调节的新型作用,上游开放式阅读框(UORFS)。真核生物中的大多数转录本在其5'untranslated区域(5'Utrs)中都有UORF,这些区域招募了翻译核糖体和隔离器转换机械从主编码序列(MCDS)招募。这抑制了蛋白质的合成。尽管UORF的潜力代表了广泛的翻译调节剂,但在任何生物学环境中,它们的作用或影响很少。基本原理和初步数据:果蝇胚胎的核糖序列> 22,000个通过开发翻译Uorfs;许多水平高于其下游MCD。我们对这些数据集的分析确定了果蝇胚胎发生期间具有高UORF翻译率的305个转录因子转录本。为了测试这些UORF的作用,使用体外翻译测定和体内转基因报告基因分析,我们发现转录因子颗粒状头(GRH)中的5'UTR UORF,抑制和空间调节GRH MCD的翻译。 我们的短期目标是开始对转录因子UORF的系统突变分析,以测试其在调节胚胎发生所需的蛋白质合成速率和时空模式中的作用。我们假设转录因子翻译受到其转录本5'UTR中UORF的调节。我们预测,UORF启动密码子的突变(以防止UORF翻译)会诱导转录因子的异位,早熟和/或上调的表达,从而导致胚胎发育中的严重缺陷。目标1。转录因子翻译和发育功能中UORF功能的遗传分析。基于高UORF翻译和基因在胚胎发生中的作用,将优先考虑用于分析的转录本。将评估UORF诱变的影响:(i)我们将使用转基因记者筛选转录本来识别抑制主编码序列翻译的UORF。 (ii)基因组编辑将破坏抑制性UORF,然后评估转录因子表达和对胚胎发生的影响。 AIM 2。在UORF活性的体外翻译测定法。我们将系统地筛选抑制主编码序列翻译的UORF的成绩单。对于具有多个UORF的转录本,我们将探讨每个UORF对翻译抑制的相对贡献。意义。我们的创新目标将提供开创性的证据,表明UORF在胚胎发生所需的翻译控制中起着重要作用。这为我们的长期愿景奠定了阶段,以研究UORF功能在开发中的许多作用和机制。

项目成果

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