Caracterização estrutural e funcional da proteína Rqc1p de Saccharomyces cerevisiae e avaliação do seu papel nas vias de resposta a estresses celulares
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Dissertação de mestrado
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Katharina de Oliveira Barros
Dawidson Assis Gomes
Dawidson Assis Gomes
Resumo
Condições de estresse celular promovem remodelamento do proteoma para permitir que as células se adaptem às novas condições e, neste contexto, ocorrem processos de re-enovelamento e degradação de proteínas defeituosas. Desta forma, mecanismos de vigilância da qualidade de proteínas que identificam a síntese de proteínas aberrantes e previnem seu acúmulo são fundamentais para a manutenção da proteostase celular. Um destes processos de vigilância é realizado pela via do complexo de controle de qualidade de proteína associado ao ribossomo (RQC) que tem como alvo os polipeptídeos defeituosos recém-sintetizados presos ao ribossomo, marcando-os para degradação via sistema ubiquitina-proteassomo. Na ausência de proteínas do complexo RQC, é observado estresse proteotóxico em leveduras e neurodegeneração em camundongos. A proteína Rqc1p é uma das proteínas integrantes do RQC, cuja função é pouco compreendida. Neste estudo, caracterizamos estrutural e funcionalmente Rqc1p de Saccharomyces cerevisiae, investigando seu papel na resposta ao estresse traducional e térmico. Nossas análises in silico indicaram que Rqc1p é conservada entre os eucariotos e que a região polibásica próxima ao N-terminal e o domínio TCF25 desempenham papéis essenciais em sua função biológica no núcleo e no citoplasma. Além disso, predições de localização subcelular sugerem que a região polibásica medeia a translocação nuclear de Rqc1p e pode estar associada à sua função como fator de transcrição. Análises fenotípicas mostraram que a deleção de RQC1 resultou em maior sensibilidade ao choque térmico e reduziu a velocidade específica máxima de crescimento celular nesta condição. Notavelmente, a complementação de células desprovidas de RQC1 com vetor de expressão contendo este gene foi capaz de restaurar o fenótipo selvagem. Nossos achados expandem o entendimento sobre o papel de Rqc1p e sugerem novos caminhos para investigação da sua função na homeostase proteica durante a resposta ao estresse celular.
Abstract
Cellular stress conditions promote proteome remodeling to allow cells to adapt to ever changing environmental conditions. In this context, protein turnover and degradation of defective proteins play a crucial role in removing substandard proteins from cells. Thus, protein surveillance and quality control mechanisms that detect aberrant protein synthesis and prevent their accumulation are essential for maintaining cellular proteostasis. One such surveillance mechanism is the ribosome-associated protein quality control (RQC), which targets newly synthesized defective polypeptides stalled on the ribosome, marking them for degradation via the ubiquitin-proteasome system. In the absence of RQC complex proteins, proteotoxic stress is observed in yeast, while neurodegeneration occurs in mice. Rqc1p is a subunit of the RQC complex, but its function remains poorly understood. In this study, we performed structural and functional characterization of the Saccharomyces cerevisiae Rqc1 protein and investigated its role in the response to both translational and heat shock stresses. In silico analyses revealed that Rqc1p is conserved among eukaryotes and that the polybasic region in the N-terminal and the TCF25 domain play essential roles in its biological function in both the nucleus and the cytoplasm. Moreover, subcellular localization predictions suggest that the polybasic region mediates the nuclear translocation of Rqc1p and may be associated with its function as a transcription factor. Phenotypic analyses showed that RQC1 deletion led to increased sensitivity to heat shock stress and reduced the maximum specific growth rate in this condition. Notably, complementation of RQC1-deficient cells with an expression vector containing this gene was able to restore the wild-type phenotype. Our findings expand the understanding of Rqc1p’s biological role and suggest new ways for investigating its function in protein homeostasis during cellular stress response.
Assunto
Bioquímica e imunologia, Estresse Proteotóxico, Saccharomyces cerevisiae, Ribossomos, Biossíntese de Proteínas
Palavras-chave
Estresse, Levedura, Ribossomo, Tradução
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