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 Cellular responses to genome mistranslation
Please use this identifier to cite or link to this item http://hdl.handle.net/10773/8075

title: Cellular responses to genome mistranslation
other titles: Respostas celulares aos erros de tradução do genoma
authors: Costa, Tatiana Lima de Vilhena Magalhães
advisors: Santos, Manuel
keywords: Bioquímica
Genomas
Stresse oxidativo
Tradução genética
issue date: 17-Feb-2012
publisher: Universidade de Aveiro
abstract: Low level protein synthesis errors can have profound effects on normal cell physiology and disease development, namely neurodegeneration, cancer and aging. The biology of errors introduced into proteins during mRNA translation, herein referred as mistranslation, is not yet fully understood. In order to shed new light into this biological phenomenon, we have engineered constitutive codon misreading in S. cerevisiae, using a mutant tRNA that misreads leucine CUG codons as serine, representing a 240 fold increase in mRNA translational error relative to typical physiological error (0.0001%). Our studies show that mistranslation induces autophagic activity, increases accumulation of insoluble proteins, production of reactive oxygen species, and morphological disruption of the mitochondrial network. Mistranslation also up-regulates the expression of the longevity gene PNC1, which is a regulator of Sir2p deacetylase activity. We show here that both PNC1 and SIR2 are involved in the regulation of autophagy induced by mistranslation, but not by starvation-induced autophagy. Mistranslation leads to P-body but not stress-granule assembly, down-regulates the expression of ribosomal protein genes and increases slightly the selective degradation of ribosomes (ribophagy). The study also indicates that yeast cells are much more resistant to mistranslation than expected and highlights the importance of autophagy in the cellular response to mistranslation. Morpho-functional alterations of the mitochondrial network are the most visible phenotype of mistranslation. Since most of the basic cellular processes are conserved between yeast and humans, this study reinforces the importance of yeast as a model system to study mistranslation and suggests that oxidative stress and accumulation of misfolded proteins arising from aberrant protein synthesis are important causes of the cellular degeneration observed in human diseases associated to mRNA mistranslation.

Erros no processo da síntese proteica podem ter profundos efeitos na fisiologia celular e no desenvolvimento de doenças, nomeadamente doenças neurodegenerativas, cancro e envelhecimento. A introdução de erros durante a síntese de proteínas e, em particular durante o processo da tradução, é designado por “mistranslation” que é um processo pouco estudado e mal compreendido. Neste projecto, construímos leveduras que, sistemática e constitutivamente, treslêem o codão de leucina CUG como serina, o que corresponde a um aumento de erro de 240 vezes relativamente à taxa de erro basal da síntese proteica (0.001%). Os resultados obtidos demonstram que os erros de tradução induzem a actividade autofágica, acumulação de proteínas insolúveis, produção de espécies reactivas de oxigénio, disrupção funcional e morfológica das mitocôndrias, não ocorrendo, no entanto, destruição selectiva destas. A expressão do gene PNC1, associado ao aumento da longevidade e regulador da actividade da deacetilase Sir2p, é fortemente aumentada em resposta aos erros da tradução. Os genes PNC1 e SIR2 estão envolvidos no controlo da autofagia induzida pelos erros de tradução mas não em situações de stress nutricional. O aumento dos erros de tradução leva à formação de P-bodies, mas não induz a formação de grânulos de stress e reduz a expressão de genes que codificam proteínas ribosomais em vez de se verificar destruição selectiva de ribosomas - ribofagia. Este estudo mostra que as células de levedura são muito mais resistentes aos erros na tradução do que o esperado. Os resultados mostram um papel fundamental da autofagia na resposta celular aos erros de tradução e indicam que estes têm um forte impacto em alterações morfo-funcionais das mitocondrias, sendo este um dos fenótipos mais marcantes nestas células. Considerando que a maior parte dos mecanismos celulares são conservados entre leveduras e células humanas, este estudo mostra que a levedura é um excelente modelo para estudar a resposta celular aos erros de tradução e sugere que o stress oxidativo, a acumulação de espécies reactivas de oxigénio e a acumulação de proteínas insolúveis podem ser a causa da degeneração celular observada em múltiplas doenças humanas associadas a defeitos na síntese proteica.
description: Doutoramento em Bioquímica
URI: http://hdl.handle.net/10773/8075
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