APE1のアルギニンメチル化は、ミトコンドリアへの移動を促進し、酸化損傷から細胞を保護する

Arginine methylation of APE1 promotes its mitochondrial translocation to protect cells from oxidative damage.

• Yilan Zhang
• Qi Zhang
• LuLu Li
• Dan Mu
• Ke Hua
• Shusheng Ci
• Lei Shen
• Li Zheng
• Binghui Shen
• Zhigang Guo

抄録

アピュリン/アピリミジン酸エンドヌクレアーゼ1(APE1)は、哺乳類では必須の多機能タンパク質であり、細胞内でのDNA修復や酸化還元シグナル伝達に重要な役割を果たしています。APE1の機能障害や制御異常は、疾患感受性や癌の予後不良と関連しています。APE1は、細胞内の特定の場所で、特定の時間に機能を発揮するためには、オーケストレーションされた制御機構が重要である。本研究では、APE1のミトコンドリアへの移動を制御する翻訳後修飾（PTM）としてのアルギニンメチル化をHeLa細胞およびHEK-293細胞で報告した。タンパク質アルギニンメチル化トランスフェラーゼ1（PRMT1）は、インビトロでAPE1をメチル化することが示された。また、部位特異的変異誘発により、R301が主要なメチル化部位であることが確認された。APE1は細胞内でメチル化されており、R301K変異はそのメチル化を有意に減少させることを確認した。ベースラインのミトコンドリアAPE1レベルは標準的な培養条件では低かったが、酸化剤によって誘導される可能性があった。メチル化欠損APE1はミトコンドリア転座の減少を示した。メチル化はAPE1とミトコンドリア外膜トランスロッカーであるTom20との相互作用に影響を与えた。メチル化欠損したAPE1はミトコンドリアDNA損傷の増加と刺激後のチトクロームc放出の増加をもたらした。これらのデータは、APE1のメチル化がミトコンドリアへの転座を促進し、細胞を酸化的損傷から保護することを示唆している。本研究では、アルギニンメチル化を介したAPE1の細胞内分布の新規PTM調節モデルについて述べている。

Apurinic/apyrimidinic endonuclease 1 (APE1) is an essential multifunctional protein in mammals that plays critical roles in DNA repair and redox signaling within the cell. Impaired APE1 function or dysregulation is associated with disease susceptibility and poor cancer prognosis. Orchestrated regulatory mechanisms are crucial to ensure its function in a specific subcellular location at specific time. Here, we report arginine methylation as a post-translational modification (PTM) that regulates APE1 translocation to mitochondria in HeLa and HEK-293 cells. Protein arginine methyl-transferase 1 (PRMT1) was shown to methylate APE1 in vitro. Site-directed mutagenesis identified R301 as the major methylation site. We confirmed that APE1 is methylated in cells and that the R301K mutation significantly reduces its methylation. Baseline mitochondrial APE1 levels were low under standard culture conditions, but they could be induced by oxidative agent. Methylation-deficient APE1 showed reduced mitochondrial translocation. Methylation affected the interaction of APE1 with Tom20, translocase of the outer mitochondrial membrane. Methylation-deficient APE1 resulted in increased mitochondrial DNA damage and increased cytochrome c release after stimuli. These data suggest that methylation of APE1 promotes its mitochondrial translocation and protects cells from oxidative damage. This work describes a novel PTM regulation model of APE1 subcellular distribution through arginine methylation.

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