哺乳類のアセテート依存性アセチルCoA合成酵素2の保存ドメインにおける置換変異は、タンパク質の不安定化とHIF-2シグナル伝達の障害をもたらす

A substitution mutation in a conserved domain of mammalian acetate-dependent acetyl CoA synthetase 2 results in destabilized protein and impaired HIF-2 signaling.

• Jason S Nagati
• Min Xu
• Trent Garcia
• Sarah A Comerford
• Robert E Hammer
• Joseph A Garcia

抄録

真核生物による環境ストレスへの応答には、転写調節因子によって部分的に編成された保護生物学的機構の活性化が含まれている。DNA結合性転写因子の3員 Hypoxia Inducible Factor (HIF)ファミリーには、HIF-2が含まれており、酸素またはグルコース欠乏の条件下で活性化される。酸素依存性タンパク質分解は、HIF-1およびHIF-2活性が調節される重要なメカニズムであるが、HIF-2はまた、アセチル化および脱アセチル化の結合作用によっても実質的に影響を受ける。HIF-2が受けるアセチル化/脱アセチル化プロセスは、特定のアセチルトランスフェラーゼと脱アセチル化酵素を用いている。同様に、HIF-2のアセチル化に使用されるアセチル供与体であるアセチルCoAの供給は、特定のアセチルCoA発生剤である酢酸依存性アセチルCoA合成酵素2（Acss2）に由来する。Acss2は主に細胞質に存在するが、Acss2細胞プールのサブセットは、酸素またはグルコースの欠乏後に核内に濃縮される。Acss2の核内局在化シグナルに直接変異を加えることで核内局在化を防ぐことができ、異所性Acss2を発現するノックダウン/レスキュー癌細胞では、HIF-2アセチル化を阻害し、HIF-2依存性のシグナル伝達を鈍化させることができる。本研究では、CRISPR/Cas9突然変異誘発法を用いて、マウス生殖細胞にこの変異型Acss2対立遺伝子を発現させた新規マウス株を作製したことを報告する。このマウスは、HIF-2標的遺伝子エリスロポエチンの誘導に障害があり、急性貧血からの回復が鈍くなっていた。驚くべきことに、これらの変異マウスではAcss2タンパク質レベルが劇的に低下している。この表現型の原因を解明するための機能研究を行ったところ、Acss2のカルボキシ末端に複数のタンパク質不安定性ドメインが存在することが明らかになった。ここに記載されている知見は、これらのドメインのミスセンス変異を持つヒトだけでなく、ネイティブAcss2タンパク質の制御にも関連しているかもしれない。

The response to environmental stresses by eukaryotic organisms includes activation of protective biological mechanisms, orchestrated in part by transcriptional regulators. The tri-member Hypoxia Inducible Factor (HIF) family of DNA-binding transcription factors include HIF-2, which is activated under conditions of oxygen or glucose deprivation. Although oxygen-dependent protein degradation is a key mechanism by which HIF-1 and HIF-2 activity is regulated, HIF-2 is also influenced substantially by the coupled action of acetylation and deacetylation. The acetylation/deacetylation process that HIF-2 undergoes employs a specific acetyltransferase and deacetylase. Likewise, the supply of the acetyl donor, acetyl CoA, used for HIF-2 acetylation originates from a specific acetyl CoA generator, acetate-dependent acetyl CoA synthetase 2 (Acss2). Although Acss2 is predominantly cytosolic, a subset of the Acss2 cellular pool is enriched in the nucleus following oxygen or glucose deprivation. Prevention of nuclear localization by a directed mutation in a putative nuclear localization signal in Acss2 abrogates HIF-2 acetylation and blunts HIF-2 dependent signaling as well as flank tumor growth for knockdown/rescue cancer cells expressing ectopic Acss2. In this study, we report generation of a novel mouse strain using CRISPR/Cas9 mutagenesis that express this mutant Acss2 allele in the mouse germline. The homozygous mutant mice have impaired induction of the canonical HIF-2 target gene erythropoietin and blunted recovery from acute anemia. Surprisingly, Acss2 protein levels are dramatically reduced in these mutant mice. Functional studies investigating the basis for this phenotype reveal multiple protein instability domains in the Acss2 carboxy terminus. The findings described herein may be of relevance in the regulation of native Acss2 protein as well as for humans carrying missense mutations in these domains.