번역 조절 및 단백질

커뮤니케이션 생물학 6권, 기사 번호: 616(2023) 이 기사 인용

1 알트메트릭

측정항목 세부정보

TREM2는 미세아교세포와 대식세포에서 발현되는 막횡단 수용체입니다. 이들 세포에서 증가된 TREM2 수준은 알츠하이머병을 포함한 연령 관련 병리학적 상태와 연관되어 있습니다. 그러나 TREM2의 단백질 발현을 뒷받침하는 조절 메커니즘은 여전히 ​​불분명합니다. 이 연구에서 우리는 번역에서 인간 TREM2의 5' 번역되지 않은 영역(5'-UTR)의 역할을 밝힙니다. TREM2의 5'-UTR에 있는 업스트림 시작 코돈(uAUG)은 인간을 포함한 일부 영장류에 특유합니다. 하류 AUG(dTREM2)에서 시작하는 기존 TREM2 단백질의 발현은 uAUG 매개 방식으로 5'-UTR에 의해 억제됩니다. 우리는 또한 프로테아좀에 의해 크게 분해되는 uAUG(uTREM2)에서 시작하는 TREM2 단백질 이소형을 감지합니다. 마지막으로, 5'-UTR은 아미노산 결핍에 대한 반응으로 dTREM2 발현의 하향 조절에 필수적입니다. 종합적으로, 우리 연구는 TREM2 번역에서 5'-UTR의 종별 규제 역할을 식별합니다.

골수 세포 2(TREM2)에 발현되는 유발 수용체는 지질 감지 수용체1로 작용하는 막횡단 단백질입니다. TREM2는 뇌의 소교세포에서 주로 발현됩니다. 또한, 소교세포 식균작용, 시냅스 가지치기 및 염증 반응에 관여합니다2,3,4. TREM2의 희귀 변종은 알츠하이머병(AD)5,6의 위험을 증가시키는 것으로 나타났습니다. 더욱이, TREM2의 동형접합성 돌연변이는 조기 발병 치매와 뼈 낭종을 특징으로 하는 희귀 질환인 나스-하콜라병을 유발합니다7. TREM2의 질병 관련 변종은 기질 특이적인 기능과 미세아교세포의 생존을 손상시킵니다8. 대조적으로, TREM2의 발현 증가 또는 TREM2의 항체 매개 활성화는 AD 모델 마우스9,10에서 일부 질병 표현형을 구제합니다. TREM2는 항상성 소교세포에서 질병 관련 소교세포 상태로 전환하는 데 필수적입니다. 그 발현은 또한 종양 관련 대식세포와 지질 관련 대식세포를 표시합니다. 따라서 TREM2는 AD9,10,11, 암12 및 비만13을 포함한 연령 관련 질환과 관련이 있습니다. TREM2의 세포 기능이 입증되었지만 TREM2의 조절 메커니즘은 아직 파악하기 어렵습니다.

단백질의 적절한 발현 수준은 5' 비번역 영역(UTR)과 같은 비암호화 요소에 의해 결정됩니다. 업스트림 AUG(uAUG)는 인간과 설치류 사이의 5'-UTR의 진화적으로 보존된 특징입니다. uAUG는 리보솜 스캐닝을 방해하거나 넌센스 매개 mRNA 붕괴를 유도하여 하류 주 ORF(개방형 판독 프레임)에서 파생된 단백질의 발현을 억제합니다. 유전학 및 생물정보학 연구에 따르면 모든 인간 단백질 코딩 유전자의 약 60%가 uAUG17을 포함하는 것으로 추정됩니다.

여기에서는 하류 AUG(dAUG)의 상류에 위치한 TREM2의 5'-UTR에서 uAUG의 역할을 보고합니다. 흥미롭게도 uAUG는 영장류에서는 보존되지만 생쥐에서는 보존되지 않는 것으로 확인되었습니다. 인간 TREM2의 5'-UTR은 uAUG 의존적 방식으로 dAUG에서 번역된 기존 TREM2(dTREM2라고 함)의 발현을 억제하는 것으로 밝혀졌습니다. 또한, 우리는 uAUG에서 파생된 TREM2 isoform을 발견했습니다. 우리의 연구는 TREM2 번역에서 5'-UTR의 종 의존적 역할을 보여줍니다.

서열 비교를 통해 인간을 포함한 대부분의 영장류 종에서 TREM2의 5'-UTR에 있는 dAUG의 90개 염기 상류에 위치한 uAUG의 존재가 밝혀졌지만 마우스와 같은 다른 포유동물에서는 존재하지 않았습니다(그림 1a, 보충 그림 2). 1). 이하에서는 단순화를 위해 dAUG 상류의 90 염기 영역을 5'-UTR이라고 부릅니다. 리보솜 프로파일링 데이터 세트18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38은 리보솜이 초기 절반을 인식한다고 제안했습니다. 인간 TREM2의 5'-UTR이지만 마우스 Trem2의 해당 영역은 아닙니다 (보충 그림 2a, 보충 표 1). 우리는 Ribo-seq 데이터 세트를 사용하여 리보솜에 의한 dAUG와 비교하여 uAUG의 상대적 사용량을 조사한 결과 리보솜에 의한 uAUG 인식이 dAUG 인식의 ~ 30%인 것으로 나타났습니다(보충 그림 2b). 세포 유형은 다르지만 마우스 microglia40에 대한 유사한 분석은 리보솜에 결합된 Trem2 5'-UTR의 더 낮은 분획(~5%)을 제안했습니다(보충 그림 2b). 따라서 우리는 uAUG가 dTREM2의 번역에 영향을 미친다는 가설을 세웠습니다. 우리는 다른 종의 dAUG로부터 상류에 있는 90 염기 길이의 서열이 인간 TREM2의 코딩 서열(CDS)에 융합된 발현 벡터를 준비했습니다(그림 1b). 인간 TREM2의 5'-UTR은 TREM2의 5'-UTR이 결여된 구조물과 비교하여 dTREM2의 발현을 유의하게 감소시켰다(그림 1c, d). 대조적으로, 마우스 5'-UTR이 이 유전자에 융합되었을 때 dTREM2의 그러한 감소는 관찰되지 않았다(도 1c, d). 한편, 침팬지와 마모셋의 5'-UTR은 중간 효과를 나타냈다. 특히, 영장류의 5'-UTR이 이 유전자에 융합되었을 때 dTREM2보다 더 큰 단백질 밴드가 검출되었습니다(그림 1c, uTREM2라고 함). uAUG로부터의 번역은 dTREM2의 N-말단에 추가된 30개 아미노산 잔기의 확장을 갖는 TREM2 이소형을 생성할 것으로 예측됩니다. 이러한 데이터는 uAUG가 dTREM2 발현 억제와 uTREM2 생산이라는 두 가지 역할을 한다는 것을 시사합니다.