Авторегуляция синтеза белка YB‑1 в клетках

Аннотация

Y‑Бокс-связывающий белок 1 (YB‑1) регулирует ключевые клеточные процессы, включая транскрипцию, трансляцию, репарацию ДНК, благодаря взаимодействию с нуклеиновыми кислотами и множеством белков-партнеров. Его многофункциональность делает контроль уровня YB‑1 критическим для клеточного гомеостаза и адаптации к стрессу. Регуляция осуществляется через транскрипцию гена, стабильность белка (опосредованную длинными некодирующими РНК) и трансляцию его мРНК. Авторегуляция трансляции мРНК YB‑1 остается спорным предметом исследований. Ранние исследования in vitro указывали на роль 5′‑нетранслируемой области (НТО) в ингибировании синтеза белка, однако другие работы демонстрируют важность связывания YB‑1 с 3′‑НТО для подавления трансляции. Противоречия усугубляются отсутствием подтверждения этих механизмов в клеточных культурах. В данной работе впервые продемонстрировано, что YB‑1 подавляет собственный синтез в культивируемых клетках человека. Используя метаболическое мечение белков и иммунопреципитацию, мы подтвердили влияние YB‑1 на трансляцию своей мРНК. Эксперименты с репортерными конструкциями показали, что для авторегуляции необходимы обе нетранслируемые области мРНК YB‑1, что разрешает противоречия между имеющимися литературными данными. Эти результаты подчеркивают сложный механизм контроля уровня YB‑1, сочетающий элементы 5′‑ и 3′‑НТО мРНК, и подтверждают их роль в тонкой настройке синтеза YB‑1.

Сноски

* Адресат для корреспонденции.

Дополнительные материалы

Приложение

Вклад авторов

Д.Н. Лябин – концепция и руководство работой; В.С. Качан, И.А. Елисеева, А.И. Буян, Д.Н. Лябин – проведение экспериментов; И.А. Елисеева, Д.Н. Лябин – обсуждение результатов исследования; Д.Н. Лябин – написание текста; И.А. Елисеева – редактирование текста статьи.

Финансирование

Эксперименты по изучению трансляции мРНК YB‑1 в клетках выполнены в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (Структурные и функциональные исследования белков и макромолекулярных комплексов, № 125011500317-6). Эксперимент по определению 5′‑концов репортерных мРНК (5′‑RАСЕ) проведен при поддержке Российского научного фонда (грант № 19-74-20129).

Благодарности

Мы благодарим сотрудников центра коллективного пользования в области геномики Сколковского института науки и технологий за консультирование по вопросам оценки качества библиотек и базового биоинформатического анализа данных, а также за непосредственное проведение секвенирования на приборе NovaSeq6000.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Соблюдение этических норм

Настоящая статья не содержит описания каких-либо исследований с участием людей или животных в качестве объектов.

Список литературы

1. Eliseeva, I. A., Kim, E. R., Guryanov, S. G., Ovchinnikov, L. P., and Lyabin, D. N. (2011) Y-box-binding protein 1 (YB-1) and its functions, Biochemistry (Moscow), 76, 1402-1433, https://doi.org/10.1134/S0006297911130049.

2. Mordovkina, D., Lyabin, D. N., Smolin, E. A., Sogorina, E. M., Ovchinnikov, L. P., and Eliseeva, I. (2020) Y-Box binding proteins in mRNP assembly, translation, and stability control, Biomolecules, 10, 591, https://doi.org/10.3390/biom10040591.

3. Lyabin, D. N., Eliseeva, I. A., and Ovchinnikov, L. P. (2014) YB-1 protein: functions and regulation, Wiley Interdiscip. Rev. RNA, 5, 95-110, https://doi.org/10.1002/wrna.1200.

4. Lindquist, J. A., and Mertens, P. R. (2018) Cold shock proteins: from cellular mechanisms to pathophysiology and disease, Cell Commun. Signal., 16, 63, https://doi.org/10.1186/s12964-018-0274-6.

5. Alkrekshi, A., Wang, W., Rana, P. S., Markovic, V., and Sossey-Alaoui, K. (2021) A comprehensive review of the functions of YB-1 in cancer stemness, metastasis and drug resistance, Cell Signal., 85, 110073, https://doi.org/10.1016/j.cellsig.2021.110073.

6. Johnson, T. G., Schelch, K., Mehta, S., Burgess, A., and Reid, G. (2019) Why be one protein when you can affect many? The multiple roles of YB-1 in lung cancer and mesothelioma, Front. Cell. Dev. Biol., 7, 221, https://doi.org/10.3389/fcell.2019.00221.

7. Eliseeva, I. A., Sogorina, E. M., Smolin, E. A., Kulakovskiy, I. V., and Lyabin, D. N. (2022) Diverse regulation of YB-1 and YB-3 abundance in mammals, Biochemistry (Moscow), 87, S48-S167, https://doi.org/10.1134/S000629792214005X.

8. Fukuda, T., Ashizuka, M., Nakamura, T., Shibahara, K., Maeda, K., Izumi, H., Kohno, K., Kuwano, M., and Uchiumi, T. (2004) Characterization of the 5′-untranslated region of YB-1 mRNA and autoregulation of translation by YB-1 protein, Nucleic Acids Res., 32, 611-622, https://doi.org/10.1093/nar/gkh223.

9. Skabkina, O. V., Lyabin, D. N., Skabkin, M. A., and Ovchinnikov, L. P. (2005) YB-1 autoregulates translation of its own mRNA at or prior to the step of 40S ribosomal subunit joining, Mol. Cell. Biol., 25, 3317-3323, https://doi.org/10.1128/MCB.25.8.3317-3323.2005.

10. Skabkina, O. V., Skabkin, M. A., Lyabin, D. N., and Ovchinnikov, L. P. (2004) P50/YB-1, a major protein of cytoplasmic mRNPs, regulates its own synthesis, Dokl. Biochem. Biophys., 395, 93-95, https://doi.org/10.1023/b:dobi.0000025554.28703.bf.

11. Lyabin, D. N., Eliseeva, I. A., Skabkina, O. V., and Ovchinnikov, L. P. (2011) Interplay between Y-box-binding protein 1 (YB-1) and poly(A) binding protein (PABP) in specific regulation of YB-1 mRNA translation, RNA Biol., 8, 883-892, https://doi.org/10.4161/rna.8.5.16022.

12. Ha, B., Lee, E. B., Cui, J., Kim, Y., and Jang, H. H. (2015) YB-1 overexpression promotes a TGF-beta1-induced epithelial-mesenchymal transition via Akt activation, Biochem. Biophys. Res. Commun., 458, 347-351, https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2015.01.114.

13. Kim, E. R., Selyutina, A. A., Buldakov, I. A., Evdokimova, V., Ovchinnikov, L. P., and Sorokin, A. V. (2013) The proteolytic YB-1 fragment interacts with DNA repair machinery and enhances survival during DNA damaging stress, Cell Cycle, 12, 3791-3803, https://doi.org/10.4161/cc.26670.

14. Lyabin, D. N., Eliseeva, I. A., Smolin, E. A., Doronin, A. N., Budkina, K. S., Kulakovskiy, I. V., and Ovchinnikov, L. P. (2020) YB-3 substitutes YB-1 in global mRNA binding, RNA Biol., 17, 487-499, https://doi.org/10.1080/15476286.2019.1710050.

15. Lyabin, D. N., Smolin, E. A., Budkina, K. S., Eliseeva, I. A., and Ovchinnikov, L. P. (2021) Towards the mechanism(s) of YB-3 synthesis regulation by YB-1, RNA Biol., 18, 1630-1641, https://doi.org/10.1080/15476286.2020.1859243.

16. Eliseeva, I., Vasilieva, M., and Ovchinnikov, L. P. (2019) Translation of human beta-actin mRNA is regulated by mTOR pathway, Genes (Basel), 10, 96, https://doi.org/10.3390/genes10020096.

17. Martin, M. (2011) Cutadapt removes adapter sequences from high-throughput sequencing reads, EMBnet J., 17, 10-12, https://doi.org/10.14806/ej.17.1.200.

18. Li, H. (2013) Aligning sequence reads, clone sequences and assembly contigs with BWA-MEM, arXiv, https://doi.org/10.48550/arXiv.1303.3997.

19. Quinlan, A. R. (2014) BEDTools: the Swiss-army tool for genome feature analysis, Curr. Protoc. Bioinformatics, 47, 11.12.1-11.12.34, https://doi.org/10.1002/0471250953.bi1112s47.

20. Lyabin, D. N., Eliseeva, I. A., and Ovchinnikov, L. P. (2012) YB-1 synthesis is regulated by mTOR signaling pathway, PLoS One, 7, e52527, https://doi.org/10.1371/journal.pone.0052527.

21. Barreau, C., Dutertre, S., Paillard, L., and Osborne, H. B. (2006) Liposome-mediated RNA transfection should be used with caution, RNA, 12, 1790-1793, https://doi.org/10.1261/rna.191706.

22. FANTOM Consortium and the RIKEN PMI and CLST (2014) A promoter-level mammalian expression atlas, Nature, 507, 462-470, https://doi.org/10.1038/nature13182.

23. Suzuki, A., Kawano, S., Mitsuyama, T., Suyama, M., Kanai, Y., Shirahige, K., Sasaki, H., Tokunaga, K., Tsuchihara, K., Sugano, S., Nakai, K., and Suzuki, Y. (2018) DBTSS/DBKERO for integrated analysis of transcriptional regulation, Nucleic Acids Res., 46, D229-D238, https://doi.org/10.1093/nar/gkx1001.

24. Peterman, E. L., Ploessl, D. S., Love, K. S., Sanabria, V., Daniels, R. F., Johnstone, C. P., Godavarti, D. R., Kabaria, S. R., Oakes, C. G., Pai, A. A., and Galloway, K. E. (2025) High-resolution profiling reveals coupled transcriptional and translational regulation of transgenes, Nucleic Acids Res., 53, gkaf528, https://doi.org/10.1093/nar/gkaf528.

25. Lai, W. C., Kayedkhordeh, M., Cornell, E. V., Farah, E., Bellaousov, S., Rietmeijer, R., Salsi, E., Mathews, D. H., and Ermolenko, D. N. (2018) mRNAs and lncRNAs intrinsically form secondary structures with short end-to-end distances, Nat. Commun., 9, 4328, https://doi.org/10.1038/s41467-018-06792-z.

26. Wang, J. Z., Zhu, H., You, P., Liu, H., Wang, W. K., Fan, X., Yang, Y., Xu, K., Zhu, Y., Li, Q., Wu, P., Peng, C., Wong, C. C., Li, K., Shi, Y., Zhang, N., Wang, X., Zeng, R., Huang, Y., Yang, L., Yang, L., Wang, Z., and Hui, J. (2022) Upregulated YB-1 protein promotes glioblastoma growth through a YB-1/CCT4/mLST8/mTOR pathway, J. Clin. Invest., 132, e146536, https://doi.org/10.1172/JCI146536.

27. Lyabin, D. N., Nigmatullina, L. F., Doronin, A. N., Eliseeva, I. A., and Ovchinnikov, L. P. (2013) Identification of proteins specifically interacting with YB-1 mRNA 3′ UTR and the effect of hnRNP Q on YB-1 mRNA translation, Biochemistry (Moscow), 78, 651-659, https://doi.org/10.1134/S0006297913060102.