Translational control by the RNA-binding protein CSDE1 : Insights into a stimulatory role in translation elongation

Abstract

RNA-binding proteins are potent regulators of post-transcriptional gene expression. Among the repertoire of RNAs bound by a particular RNA-binding protein, networks of co-ordinately regulated RNAs, or ‘regulons’, are functionally related and their regulation in concert acts to drive cellular processes. In melanoma, the RNA-binding protein CSDE1 is highly upregulated. In this context, CSDE1 regulates the translation of mRNA targets in multiple regulons in a direction that is consistent with oncogenic progression, whereby, tumour-suppressors, such as PTEN, are downregulated and pro-metastatic factors, for example, the key epithelial-to-mesenchymal transition proteins, VIM and RAC1, are upregulated. Ribosome profiling studies indicate that CSDE1 enhances the translation of VIM and RAC1 at the level of translation elongation. Such a stimulatory role for an RNA-binding protein in translation elongation may represent a novel mechanism of translational regulation.

Here, we seek to elucidate the protein partners of CSDE1 in inducing this unusual stimulatory effect on translation elongation, and to explore the relationship of CSDE1 to the translational machinery. We confirm that CSDE1 promotes the translation of RAC1 mRNA at the level of elongation, and further highlight a rapid adaptation of melanoma cells to CSDE1 depletion. We demonstrate extensive contact of CSDE1 with the translational machinery. CSDE1 is a ribosome-associated protein, interacting with the small ribosomal subunit, and is further observed to co-sediment with translating polysomes. Amongst 38 high-confidence CSDE1-interacting proteins that we identify in melanoma are 16 ribosomal proteins and a further 11 members of the ribo-interactome. Moreover, we show that CSDE1 associates to tRNAs in a manner dependent on both isodecoder and isoacceptor identity, and within these subgroups disparate patterns of CSDE1 affinity to the tRNA structure may be observed.

The data lead us to propose a model whereby the stimulatory effect of CSDE1 on translation elongation may be underpinned by the binding of CSDE1 to both its target mRNAs and to tRNAs, thereby concentrating tRNAs towards the translating ribosome.

Les proteïnes d’unió a l’ARN són uns potents reguladors de l’expressió gènica post-transcripcional. D’entre el conjunt d’ARN que es troben units a una proteïna d’unió a l’ARN concreta, podem distingir xarxes d’ARN que es regulen coordinadament, els regulons. Els ARN d’aquests regulons estan funcionalment relacionats i la seva regulació orquestrada promou processos cel·lulars. En el melanoma, la proteïna d’unió a l’ARN CSDE1 està altament sobreactivada. En aquest context, CSDE1 regula la traducció dels seus ARNm diana de manera consistent amb un programa de progressió oncogènica; així, el supressors tumorals com PTEN es troben regulats negativament, mentre que factors pro-metastàtics, per exemple les proteïnes claus en la transició epiteli-mesènquima VIM i RAC1, es regulen positivament. Estudis de ribosome profiling indiquen que CSDE1 promou la traducció de VIM i RAC1 a nivell de l’elongació. Aquesta funció estimulant, duta a terme per a una proteïna d’unió a l’ARN, podria representar un nou mecanisme de regulació de la traducció.

En la present tesi busquem clarificar quines proteïnes acompanyen CSDE1 en la inducció de l’efecte estimulatori a nivell de l’elongació traduccional, així com explorar la implicació de CSDE1 en la maquinària traduccional. Hem confirmat que CSDE1 promou la traducció de l’ARNm de RAC1 a nivell de l’elongació, a més a més destaquem que les cèl·lules de melanoma s’adapten ràpidament a la depleció de CSDE1. Demostrem com aquesta proteïna contacta extensivament amb la maquinària traduccional, sent CSDE1 una proteïna associada al ribosoma mitjançant la subunitat petita. D’altra banda, hem observat que co-sedimenta amb polisomes que s’estan traduint. D’un total de 38 proteïnes caracteritzades amb un alt grau de confiança com a proteïnes que interaccionen amb CSDE1, 16 són proteïnes ribosomals i 11 altres són proteïnes que formen part del ribo-interactome. A més a més, CSDE1 s’associa al ARNt, un associació que depèn tant de la identitat dels iso-decodificadors com la dels iso-acceptors, tanmateix, dins d’aquests subgrups s’ha vist que l’afinitat de CSDE1 per a les diferents estructures dels ARNt segueix patrons diferenciats.

Aquestes dades ens permeten proposar un model en què l’efecte estimulant de CSDE1 en l’elongació traduccional podria sostenir-se mitjançant l’unió de CSDE1 tant als ARNm diana com als ARNt, tot concentrant aquests últims cap als ribosomes que s’estan traduint

Programa de doctorat en Biomedicina