Regulação translacional e proteína

Biologia das Comunicações volume 6, Número do artigo: 616 (2023) Citar este artigo

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O TREM2 é um receptor transmembrana expresso na micróglia e macrófagos. Níveis elevados de TREM2 nessas células estão associados a condições patológicas relacionadas à idade, incluindo a doença de Alzheimer. No entanto, o mecanismo regulador subjacente à expressão da proteína de TREM2 permanece obscuro. Neste estudo, descobrimos o papel da região não traduzida 5' (5'-UTR) do TREM2 humano na tradução. Um códon de início upstream (uAUG) no 5'-UTR de TREM2 é específico para alguns primatas, incluindo humanos. A expressão da proteína TREM2 convencional, a partir do AUG a jusante (dTREM2), é reprimida pelo 5'-UTR de maneira mediada por uAUG. Também detectamos uma isoforma da proteína TREM2 a partir de uAUG (uTREM2) que é amplamente degradada por proteassomas. Finalmente, o 5'-UTR é essencial para a regulação negativa da expressão de dTREM2 em resposta à privação de aminoácidos. Coletivamente, nosso estudo identifica um papel regulador específico da espécie do 5'-UTR na tradução do TREM2.

O receptor desencadeante expresso nas células mieloides 2 (TREM2) é uma proteína transmembranar que atua como um receptor sensível a lipídeos1. O TREM2 é predominantemente expresso na microglia no cérebro. Além disso, está envolvido na fagocitose microglial, na poda sináptica e na resposta inflamatória2,3,4. Variantes raras de TREM2 demonstraram aumentar o risco de doença de Alzheimer (DA)5,6. Além disso, mutações homozigóticas no TREM2 levam à doença de Nasu-Hakola, uma doença rara caracterizada por demência de início precoce e cistos ósseos7. Variantes de TREM2 associadas a doenças prejudicam as funções específicas do substrato e a sobrevivência da microglia8. Em contraste, a expressão elevada de TREM2 ou a ativação de TREM2 mediada por anticorpo resgata alguns fenótipos de doença em camundongos modelo AD9,10. O TREM2 é essencial para a transição da micróglia homeostática para um estado microglial associado à doença11. Sua expressão também marca macrófagos associados a tumores e macrófagos associados a lipídeos12,13. Assim, o TREM2 foi implicado em condições relacionadas à idade, incluindo AD9,10,11, câncer12 e obesidade13. Embora as funções celulares do TREM2 tenham sido demonstradas, o mecanismo regulador do TREM2 permanece indefinido.

O nível adequado de expressão de proteínas é determinado por elementos não codificantes, como a região 5' não traduzida (UTR)14. Upstream AUG (uAUG) é uma característica evolutivamente conservada do 5'-UTR entre humanos e roedores15. uAUG reprime a expressão da proteína derivada do ORF principal a jusante (quadro de leitura aberta) interrompendo a varredura do ribossomo ou induzindo o decaimento do mRNA mediado por nonsense16. Estudos genéticos e de bioinformática estimaram que aproximadamente 60% de todos os genes codificadores de proteínas humanas contêm uAUG17.

Aqui, relatamos o papel do uAUG no 5'-UTR do TREM2, localizado a montante do AUG a jusante (dAUG). Curiosamente, uAUG foi determinado como sendo conservado entre primatas, mas não em camundongos. Verificou-se que o 5'-UTR do TREM2 humano reprime a expressão do TREM2 convencional traduzido do dAUG (referido como dTREM2) de maneira dependente do uAUG. Além disso, detectamos uma isoforma TREM2 derivada do uAUG. Nosso estudo revela o papel espécie-dependente do 5'-UTR na tradução do TREM2.

Uma comparação de sequência revelou a presença de um uAUG, localizado 90 bases a montante do dAUG no 5'-UTR de TREM2 na maioria das espécies de primatas, incluindo humanos, mas não em outros mamíferos, como camundongos (Fig. 1a, Fig. complementar. 1). A seguir, nos referimos à região de 90 bases a montante do dAUG como 5'-UTR para simplificar. Conjuntos de dados de perfis de ribossomos18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38 sugeriram que os ribossomos reconhecem a metade inicial do 5'-UTR do TREM2 humano, mas não da região correspondente do Trem2 de camundongo (Fig. 2a complementar, Tabela 1 complementar). Examinamos o uso relativo de uAUG em comparação com o de dAUG por ribossomos usando um conjunto de dados ribo-seq39 e descobrimos que o reconhecimento de uAUG por ribossomos era de aproximadamente 30% do de dAUG (Fig. 2b complementar). Embora o tipo de célula fosse diferente, análises semelhantes da microglia de camundongos40 sugeriram uma fração menor (~ 5%) de Trem2 5'-UTR ligada ao ribossomo (Fig. 2b complementar). Assim, levantamos a hipótese de que uAUG influencia a tradução de dTREM2. Preparamos vetores de expressão nos quais sequências de 90 bases de comprimento a montante do dAUG de diferentes espécies foram fundidas à sequência de codificação (CDS) do TREM2 humano (Fig. 1b). O 5'-UTR do TREM2 humano diminuiu significativamente a expressão do dTREM2 em comparação com o construto sem o 5'-UTR do TREM2 (Fig. 1c, d). Em contraste, nenhuma diminuição no dTREM2 foi observada quando o mouse 5'-UTR foi fundido a este gene (Fig. 1c, d). Enquanto isso, o 5'-UTR de chimpanzés e saguis mostrou efeitos intermediários. Notavelmente, uma banda de proteína maior que a de dTREM2 foi detectada quando o 5'-UTR de primatas foi fundido a este gene (Fig. 1c, referido como uTREM2). Prevê-se que a tradução de uAUG produza uma isoforma TREM2 com uma extensão de 30 resíduos de aminoácidos adicionados no terminal N de dTREM2. Esses dados sugerem que o uAUG desempenha dois papéis, a repressão da expressão de dTREM2 e a produção de uTREM2.