NEDDylation stabilizes eIF3g and eIF3i during stress

In jeder lebenden Zelle arbeitet eine stetige, empfindliche Maschinerie daran, genetische Anweisungen in die Proteine umzuwandeln, die den Körper aufbauen und reparieren. Dieser Prozess, bekannt als Translation, beruht auf einem Team von molekularen Helfern, die sich am Anfang einer genetischen Botschaft versammeln, um mit dem Bau zu beginnen. Wenn eine Zelle jedoch mit plötzlichen Problemen konfrontiert wird, wie etwa durch eine toxische Chemikalie oder extreme Hitze, muss sie die Pause-Taste drücken. Um zu überleben, bildet die Zelle in ihrem flüssigen Inneren vorübergehende, gelartige Cluster, die Stress Granules genannt werden. Diese Strukturen fungieren als Aufbewahrungsorte, die die gestoppten Konstruktionsteams und ihre unfertigen Baupläne einschließen, bis die Gefahr vorüber ist. Sobald sich das Umfeld stabilisiert hat, muss die Zelle diese Teams schnell wieder freigeben, um mit dem Bau fortzufahren. Eine entscheidende Frage für Wissenschaftler war bisher, wie spezifische Teile des Konstruktionsteams ausgewählt werden, um in diese Aufbewahrungsorte zu gelangen, und – ebenso wichtig – wie sie geschützt werden, damit sie während des Wartens nicht zerstört werden, damit sie wieder einsatzbereit sind.

Forscher haben nun einen spezifischen chemischen Marker entdeckt, der als Schutzschild für zwei Schlüsselmitglieder dieses Konstruktionsteams dient und sicherstellt, dass sie den Stress überstehen und zu ihrer Arbeit zurückkehren können. Die Studie konzentriert sich auf einen Prozess namens NEDDylierung, bei dem ein kleiner Proteinmarker an andere Proteine angehängt wird, um deren Verhalten oder Lokalisierung zu verändern. Durch die Kartierung der Proteine, die diesen Marker unter normalen Bedingungen und unter Stress tragen, identifizierte das Team zwei essenzielle Faktoren, bekannt als eIF3g und eIF3i, als hochkonfidente Zielstrukturen. Diese Faktoren sind Teil des Initiationskomplexes, der die Proteinproduktion startet. Die Forscher fanden heraus, dass diese Faktoren unter normalen Umständen den NEDDylierungs-Tag tragen, aber wenn die Zelle durch Arsenit gestresst wird, die Menge dieses Tags am Komplex sinkt. Trotz dieses Rückgangs sind es die markierten Versionen dieser Faktoren, die erfolgreich in die Stress Granules eintreten.

Die Untersuchung ergab, dass die physische Struktur eines dieser Faktoren, eIF3g, entscheidend für diesen Prozess ist. Nur die Vollversion von eIF3g, die eine spezifische Region namens RRM-Domäne umfasst, wird in die Stress Granules rekrutiert. Als die Forscher eine Version von eIF3g testeten, der die RRM-Domäne fehlte, stellten sie fest, dass sie die Bildung von Stress Granules stark blockierte und als störendes Element wirkte. Im Gegensatz dazu trat die RRM-Domäne allein nicht in die Granula ein und verhinderte auch nicht deren Bildung. Dies deutet darauf hin, dass die vollständige, intakte Struktur erforderlich ist, damit der Faktor seine ordnungsgemäße Rolle in der Notfallreaktion der Zelle spielen kann.

Um die Bedeutung des NEDDylierungs-Tags zu verstehen, griff das Team in den zellulären Signalweg ein, der für das Hinzufügen dieser Marker verantwortlich ist. Sie verwendeten einen chemischen Inhibitor, um das Enzym zu blockieren, das den Markierungsprozess startet, entfernten andere Komponenten des Markierungssystems oder fügten ein Enzym hinzu, das die Tags entfernt. In jedem Fall, in dem das Markierungssystem deaktiviert wurde, sank der Spiegel der eIF3g- und eIF3i-Proteine während des Stresses rapide ab. Dies deutet darauf hin, dass diese Proteine ohne die NEDDylierungs-Markierung nicht nur daran scheitern, in die Stress Granules einzutreten, sondern dass sie abgebaut oder zerstört werden. Die Ergebnisse legen nahe, dass die NEDDylierung einen spezifischen Pool dieser Proteine markiert, der resistent gegen den Abbau ist, was es ihnen ermöglicht, in den Stress Granules zu überleben. Dieser Mechanismus verbindet das Markierungssystem direkt mit der Stabilität der für die Translation benötigten Proteine und stellt sicher, dass die Zelle, wenn der Stress endet, über die notwendigen Werkzeuge verfügt, um die Produktion von Proteinen wieder aufzunehmen.