細胞ストレスとリンクした新しいFMRP相互作用ネットワーク

Novel FMRP interaction networks linked to cellular stress.

• Mohamed S Taha
• Fereshteh Haghighi
• Anja Stefanski
• Saeideh Nakhaei-Rad
• Neda S Kazemein Jasemi
• Mohamed Aghyad Al Kabbani
• Boris Görg
• Masahiro Fujii
• Phillip A Lang
• Dieter Häussinger
• Roland P Piekorz
• Kai Stühler
• Mohammad R Ahmadian

抄録

脆弱性X精神遅滞1（FMR1）遺伝子のサイレンシングとその結果としてのFMRタンパク質（FMRP）の合成不足は、最も有病率の高い遺伝性知的障害の1つである脆弱性X症候群と関連しており、ウイルス感染の増加、肝臓病、がんリスクの低下などの付加的な役割を持っています。FMRPは、クロマチンダイナミクス、RNA結合、mRNA輸送、mRNA翻訳において重要な役割を果たしています。しかし、（サブ）細胞内のFMRPタンパク質ネットワークを含め、その分子機構は未だ解明されていません。本研究では、FMRPを用いたアフィニティープルダウン法と定量的なLC-MS/MS解析を行い、既知・新規のFMRP候補タンパク質を同定した。その結果、既知および新規のFMRP結合タンパク質およびタンパク質複合体を同定した。FMRPは180のタンパク質と相互作用し、そのうち28のタンパク質はそのN末端と相互作用した。FMRPのC末端との相互作用は102個のタンパク質で観察され、48個のタンパク質は両方の末端と相互作用していました。このFMRPインタラクトームは、リボソームタンパク質FXR1P、NUFIP2、Caprin-1を含む既知のFMRP結合タンパク質と、CAF、LARP1、LEO1、NOG2、G3BP1、NONO、NPM1、SKIP、SND1、SQSTM1、TRIM28を含む、異なる細胞内コンパートメントに局在する多数の新規FMRP候補インタラクトームで構成されています。これらのデータは、FMRPのタンパク質とRNAの相互作用ネットワークを大幅に拡張しており、FMRPはその既知の機能に加えて、転写、RNA代謝、リボ核タンパク質ストレス顆粒形成、翻訳、DNA損傷応答、クロマチンダイナミクス、細胞周期制御、リボソーム生合成、miRNA生合成、ミトコンドリア組織化に関与していることを示唆しています。このように、FMRPは、ストレス顆粒の形成における役割に例示されるように、神経細胞および非神経細胞の正常細胞とストレス下の細胞の両方において、複数の細胞プロセスに関連していると考えられています。

Silencing of the fragile X mental retardation 1 (FMR1) gene and consequently lack of synthesis of FMR protein (FMRP) are associated with fragile X syndrome, which is one of the most prevalent inherited intellectual disabilities, with additional roles in increased viral infection, liver disease, and reduced cancer risk. FMRP plays critical roles in chromatin dynamics, RNA binding, mRNA transport, and mRNA translation. However, the underlying molecular mechanisms, including the (sub)cellular FMRP protein networks, remain elusive. Here, we employed affinity pull-down and quantitative LC-MS/MS analyses with FMRP. We identified known and novel candidate FMRP-binding proteins as well as protein complexes. FMRP interacted with 180 proteins, 28 of which interacted with its N terminus. Interaction with the C terminus of FMRP was observed for 102 proteins, and 48 proteins interacted with both termini. This FMRP interactome comprises known FMRP-binding proteins, including the ribosomal proteins FXR1P, NUFIP2, Caprin-1, and numerous novel FMRP candidate interacting proteins that localize to different subcellular compartments, including CARF, LARP1, LEO1, NOG2, G3BP1, NONO, NPM1, SKIP, SND1, SQSTM1, and TRIM28. Our data considerably expand the protein and RNA interaction networks of FMRP, which thereby suggest that, in addition to its known functions, FMRP participates in transcription, RNA metabolism, ribonucleoprotein stress granule formation, translation, DNA damage response, chromatin dynamics, cell cycle regulation, ribosome biogenesis, miRNA biogenesis, and mitochondrial organization. Thus, FMRP seems associated with multiple cellular processes both under normal and cell stress conditions in neuronal as well as non-neuronal cell types, as exemplified by its role in the formation of stress granules.

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