eIF2αのリン酸化の概日時計制御はリズミカルな翻訳開始に必要である

Circadian clock control of eIF2α phosphorylation is necessary for rhythmic translation initiation.

• Shanta Karki
• Kathrina Castillo
• Zhaolan Ding
• Olivia Kerr
• Teresa M Lamb
• Cheng Wu
• Matthew S Sachs
• Deborah Bell-Pedersen

抄録

真核生物の概日時計は、翻訳因子のレベルやリン酸化状態の制御など、転写や転写後のイベントを制御しています。しかし、翻訳開始の時計制御の基礎となるメカニズムや、この潜在的な制御がリズミカルなタンパク質合成に与える影響については知られていませんでした。我々は、保存されている翻訳開始因子であるeIF2α（P-eIF2α）の抑制的なリン酸化が、主観的な日中にピークを迎えて時計制御されていることを示した。P-eIF2αレベルの循環には、eIF2αキナーゼCPC-3（酵母や哺乳類のGCN2のホモログ）のリズミカルな活性化が必要であり、荷電tRNAレベルを変化させた条件下では、CPC-3のリズミカルな活性化は停止した。P-eIF2αの時計制御された蓄積は、インビトロでは日中の翻訳の減少をもたらし、インビボでは選択されたタンパク質のリズミカルな合成に必要であった。最後に、リズミカルなP-eIF2αレベルが失われると直線的な成長率が低下し、翻訳を特定の時間帯に分割することが生物の成長に有利になるという考えを裏付ける結果となりました。これらの結果から、時計がリズミカルなタンパク質産生を制御する基本的なメカニズムが明らかになり、リズミカルな翻訳、細胞エネルギー、ストレス、栄養代謝が、荷電したtRNAと荷電していないtRNAのレベルを介してどのように結びついているかについての重要な洞察が得られた。

The circadian clock in eukaryotes controls transcriptional and posttranscriptional events, including regulation of the levels and phosphorylation state of translation factors. However, the mechanisms underlying clock control of translation initiation, and the impact of this potential regulation on rhythmic protein synthesis, were not known. We show that inhibitory phosphorylation of eIF2α (P-eIF2α), a conserved translation initiation factor, is clock controlled in , peaking during the subjective day. Cycling P-eIF2α levels required rhythmic activation of the eIF2α kinase CPC-3 (the homolog of yeast and mammalian GCN2), and rhythmic activation of CPC-3 was abolished under conditions in which the levels of charged tRNAs were altered. Clock-controlled accumulation of P-eIF2α led to reduced translation during the day in vitro and was necessary for the rhythmic synthesis of select proteins in vivo. Finally, loss of rhythmic P-eIF2α levels led to reduced linear growth rates, supporting the idea that partitioning translation to specific times of day provides a growth advantage to the organism. Together, these results reveal a fundamental mechanism by which the clock regulates rhythmic protein production, and provide key insights into how rhythmic translation, cellular energy, stress, and nutrient metabolism are linked through the levels of charged versus uncharged tRNAs.

Copyright © 2020 the Author(s). Published by PNAS.