Fator de iniciação da tradução eucariótica 4E

EIF4E
Estruturas disponíveis
PDBPesquisa Human UniProt: PDBe RCSB
Identificadores
Nomes alternativosEIF4E
IDs externosOMIM: 133440 HomoloGene: 123817 GeneCards: EIF4E
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O fator de iniciação da tradução eucariótica 4E, também conhecido como eIF4E, é uma proteína em humanos codificada pelo gene EIF4E. O eIF4E desempenha um papel central na iniciação da tradução e está envolvido na regulação da síntese proteica. Sua atividade influencia uma série de processos biológicos e estados patológicos, tornando-se um alvo importante para o desenvolvimento terapêutico, particularmente em distúrbios caracterizados pela produção aberrante de proteínas.

Descoberta

O eIF4E foi descoberto como uma proteína citoplasmática de ligação ao cap que atua na tradução por Witold Filipowicz et al. em 1976. Dois anos mais tarde, em 1978, Sonenberg et al. confirmaram as descobertas de Filipowicz et al. repetindo os mesmos experimentos e adicionando um produto químico de ligação cruzada para aumentar a estabilidade do complexo mRNA-proteína. Esse foi o alicerce para a nossa compreensão da iniciação da tradução dependente de cap em eucariotos. Essas descobertas foram confirmadas por diversos cientistas e revisadas em vários artigos.

Estrutura

EIF4E com 7MetGTP
4EBP (vermelho) ligado às hélices alfa (ciano) do eIF4E

A maioria dos mRNAs celulares eucarióticos está bloqueada em suas extremidades 5' com a estrutura 7-metil-guanosina cap 5', m7GpppX (onde X é qualquer nucleotídeo). O eIF4E é um fator de iniciação da tradução eucariótica [en] que se liga especificamente a essa estrutura cap. É um polipeptídeo de 24 kD que existe tanto na forma livre quanto como parte do complexo de pré-iniciação eIF4F [en]. As outras subunidades do eIF4F são um polipeptídeo de 47 kD, denominado eIF4A [en], que possui atividades de ATPase e RNA helicase, e um polipeptídeo de arcabouço de 220 kD, eIF4G [en]. O eIF4E é encontrado no núcleo de muitos tipos de células de mamíferos, bem como em outras espécies, incluindo leveduras, drosófilas e humanos. O eIF4E é encontrado em corpos nucleares, alguns dos quais se co-localizam com corpos nucleares PML, e também aparece de forma difusa no nucleoplasma.

Função

Iniciação da tradução dependente de cap

O fator de iniciação da tradução eucariótica eIF4E desempenha um papel central no direcionamento de ribossomos para a estrutura cap 5' dos mRNAs, facilitando assim a síntese proteica eficiente. Ele é frequentemente considerado o componente limitante da taxa do aparato de tradução eucariótico. Muitos mRNAs celulares dependem do eIF4E para serem traduzidos em proteína. Nessa função, o eIF4E atua como parte do complexo eIF4F, recrutando o eIF4G e outros fatores necessários para a iniciação da tradução. No entanto, certos vírus contornam esse mecanismo clivando o eIF4G para remover o domínio de ligação ao eIF4E, permitindo assim a tradução independente do cap de RNAs virais. De forma semelhante, alguns mRNAs celulares — como aqueles que codificam proteínas de choque térmico — utilizam estratégias alternativas de iniciação da tradução, incluindo elementos de entrada interna do ribossomo [en] (IRES) ou ligação direta por outros fatores de iniciação, como eIF3d.

Em contextos onde o eIF4E é contornado ou inibido, outras proteínas de ligação ao cap, como eIF3D, eIF3I, PARN e o complexo de ligação ao cap nuclear (CBC), podem mediar vias de tradução especializadas.

Exportação de mRNA

Além de suas funções citoplasmáticas, o eIF4E tem papéis bem definidos no núcleo. Ele facilita a exportação de mRNAs específicos contendo um elemento de sensibilidade ao eIF4E (4ESE) de 50 nucleotídeos em suas UTRs 3'. Esse mecanismo de exportação depende da capacidade de ligação ao cap do eIF4E, da via de exportação CRM1/XPO1 e da proteína adaptadora LRPPRC, que faz a ponte entre o eIF4E e os transcritos contendo o 4ESE.

Processamento de RNA

O eIF4E nuclear também influencia eventos de processamento de RNA, incluindo o splicing alternativo, a clivagem da extremidade 3' e a adição do cap m7G. A atividade elevada do eIF4E nuclear tem sido associada à reprogramação oncogênica em diversos cânceres, particularmente na leucemia mieloide aguda (LMA). Através de seus papéis combinados na exportação e tradução de RNA, o eIF4E atua como um regulador global da expressão gênica, às vezes chamado de proteína "cap-chaperone".

Regulação

Repressão da tradução

O fator de iniciação da tradução eIF4E é estritamente regulado pela proteína do retardo mental do cromossomo X frágil (`FMRP [en]), que controla a tradução de mRNAs específicos nas sinapses. A FMRP interage com a CYFIP1 [en], que se liga diretamente ao eIF4E em um domínio estruturalmente análogo àqueles encontrados em proteínas canônicas de ligação ao 4E, como EIF4EBP1, EIF4EBP2 e EIF4EBP3. Essa interação inibe competitivamente a ligação do eIF4G, bloqueando a montagem do complexo de iniciação da tradução eucariótica e reprimindo a tradução. O complexo FMRP–CYFIP1–eIF4E é ainda mais estabilizado por RNAs não codificantes localizados dendriticamentes, como o BC1, que aumentam as interações FMRP-CYFIP1 e mediam o recrutamento de mRNAs alvo específicos.

Esse complexo repressivo é responsivo à estimulação neuronal. A atividade sináptica promove a dissociação do CYFIP1 do eIF4E, permitindo assim que o eIF4G se ligue e inicie a tradução. Esse mecanismo possibilita a regulação dinâmica e dependente de atividade da síntese proteica na sinapse, contribuindo para processos como a plasticidade sináptica e o aprendizado.

Uma vez que o eIF4E é um fator de iniciação de abundância relativamente baixa, o eIF4E pode ser controlado em vários níveis. A regulação do eIF4E pode ser alcançada nos níveis de transcrição, estabilidade de RNA, fosforilação, localização subcelular e proteínas parceiras.

Expressão gênica e estabilidade do RNA

Os mecanismos responsáveis pela regulação transcricional do eIF4E não são totalmente compreendidos. Contudo, diversos relatórios sugerem uma correlação entre os níveis de myc e os níveis de mRNA do eIF4E durante o ciclo celular. A base para essa relação foi posteriormente estabelecida pela caracterização de dois locais de ligação de myc (repetições E box CACGTG) na região promotora do gene eIF4E. Este motivo de sequência é partilhado com outros alvos in vivo para myc e as mutações nas repetições E box do eIF4E inativaram a região promotora, diminuindo assim a sua expressão.

Estudos recentes mostraram que os níveis do eIF4E podem ser regulados ao nível transcricional por NFkB e C/EBP. A transdução de células de LMA primárias com IkB-SR resultou não apenas na redução dos níveis de mRNA do eIF4E, mas também na relocalização da proteína eIF4E. A estabilidade do mRNA do eIF4E também é regulada pelas proteínas HuR e TIAR. A amplificação do gene do eIF4E foi observada num subconjunto de amostras de câncer de cabeça e pescoço e de mama.

Fosforilação

Estímulos como hormônios, fatores de crescimento e mitógenos que promovem a proliferação celular também aumentam as taxas de tradução ao fosforilar o eIF4E. Embora a fosforilação do eIF4E e as taxas de tradução não estejam sempre correlacionadas, padrões consistentes de fosforilação do eIF4E são observados ao longo do ciclo celular; nos quais é vista baixa fosforilação durante a fase G0 e M e nos quais é vista alta fosforilação durante a fase G1 e S. Essa evidência é adicionalmente suportada pela estrutura cristalina do eIF4E que sugere que a fosforilação no resíduo de serina 209 pode aumentar a afinidade do eIF4E pelo mRNA com cap.

A fosforilação do eIF4E também está relacionada à sua capacidade de suprimir a exportação de RNA e ao seu potencial oncogênico, como mostrado primeiramente em linhagens celulares.

Proteínas parceiras

A montagem do complexo eIF4F é inibida por proteínas conhecidas como proteínas de ligação ao eIF4E (4E-BPs), que são pequenas proteínas termoestáveis que bloqueiam a tradução dependente do cap. As 4E-BPs não fosforiladas interagem fortemente com o eIF4E, impedindo a tradução; enquanto que as 4E-BPs fosforiladas se ligam fracamente ao eIF4E e, portanto, não interferem no processo de tradução. Além disso, a ligação das 4E-BPs inibe a fosforilação da Ser209 no eIF4E. É importante observar que a 4E-BP1 é encontrada tanto no núcleo quanto no citoplasma, indicando que ela também provavelmente modula as funções nucleares do eIF4E. Um estudo recente mostrou que a 4E-BP3 regula a exportação nucleocitoplasmática do mRNA dependente do eIF4E. Há também muitos reguladores citoplasmáticos do eIF4E que se ligam ao mesmo local que a 4E-BP1.

Muitas outras proteínas parceiras foram encontradas e podem tanto estimular quanto reprimir a atividade do eIF4E, como proteínas contendo domínios de homologia (homeodomínios), incluindo HoxA9, Hex/PRH, Hox 11, Bicoid, Emx-2 e Engrailed 2. Enquanto a HoxA9 promove as atividades de exportação e de tradução do mRNA do eIF4E, a Hex/PRH inibe as funções nucleares do eIF4E. A RNA helicase DDX3 liga-se diretamente ao eIF4E, modula a tradução e possui potenciais funções nos corpos P (P-bodies) e na exportação do mRNA.

Os domínios RING também se ligam ao eIF4E. A proteína da leucemia promielocítica PML é um potente supressor tanto da exportação de RNA nuclear quanto das atividades oncogênicas do eIF4E, por meio do qual o domínio RING da PML se liga diretamente ao eIF4E na sua superfície dorsal, suprimindo a atividade oncogênica do eIF4E; e além disso, um subconjunto de corpos nucleares de PML e eIF4E colocalizam-se. Complexos RNA-eIF4E nunca são observados em corpos PML, o que é consistente com a observação de que a PML suprime a função de ligação ao cap m7G do eIF4E. Estudos estruturais mostram que uma proteína finger RING relacionada ao arenavírus, a proteína Z da febre de Lassa, pode igualmente se ligar ao eIF4E na superfície dorsal.

A entrada nuclear do eIF4E é mediada por suas interações diretas com a Importina 8, onde a Importina 8 se associa ao local de ligação ao cap m7G do eIF4E. De fato, a redução nos níveis de Importina 8 reduz o potencial oncogênico de células com superexpressão de eIF4E e sua função de exportação de RNA. A Importina 8 liga-se ao local de ligação ao cap do eIF4E e compete com o excesso de análogos de cap m7G conforme observado por RMN. O eIF4E também estimula a exportação de RNA do RNA da Importina 8, produzindo assim mais proteína Importina 8. Podem existir outras importinas que desempenham esse papel, dependendo do tipo celular. Embora um estudo inicial tenha sugerido que a proteína transportadora do eIF4E, 4E-T (eIF4ENIF1), facilitava a entrada nuclear, estudos posteriores mostraram que, na verdade, esse fator altera a localização do eIF4E para corpos de processamento citoplasmáticos (P-bodies) e reprime a tradução.

A proteína ligada ao genoma viral do potyvírus (VPg) foi encontrada ligando-se diretamente ao eIF4E em seu local de ligação ao cap. A VPg está covalentemente ligada ao seu RNA genômico e esta interação permite que a VPg atue como um "cap". A VPg do potyvírus não tem nenhuma homologia de sequência ou estrutural com outras VPg's, tais como aquelas do poliovírus. In vitro, os conjugados de VPg-RNA foram traduzidos com eficácia semelhante aos RNAs com cap m7G, indicando que a VPg se liga ao eIF4E e envolve a maquinaria de tradução; enquanto a VPg livre (na ausência de RNA conjugado) compete com sucesso por todas as atividades dependentes de cap do eIF4E na célula inibindo a tradução e a exportação de RNA.

Localização celular

Vários fatores que regulam as funções do eIF4E também modulam a localização subcelular do eIF4E. Por exemplo, a superexpressão de PRH/Hex leva à retenção citoplasmática do eIF4E, e, portanto, à perda de sua atividade de exportação de mRNA e supressão da transformação. A superexpressão da PML leva ao sequestro do eIF4E para corpos nucleares com PML e à diminuição dos corpos nucleares do eIF4E que contêm RNA, o que se correlaciona com a exportação reprimida de mRNA dependente do eIF4E e pode ser modulada pelo estresse. A superexpressão do LRPPRC reduz a co-localização do eIF4E com o PML no núcleo e leva ao aumento da atividade de exportação do mRNA do eIF4E. Conforme discutido acima, a Importina 8 transporta o eIF4E para o núcleo e a sua superexpressão estimula a exportação de RNA e as atividades de transformação oncogênica do eIF4E em linhagens celulares. A transdução de células primárias da LMA com o IkB-SR resultou não só numa redução dos níveis do mRNA de eIF4E, mas também na relocalização da proteína eIF4E.

Papel no câncer

Lazaris-Karatzas et al. descobriram que a superexpressão do eIF4E causa a transformação tumorigênica dos fibroblastos. Desde esta observação inicial, numerosos grupos recapitularam estes resultados em diferentes linhagens de células. Como resultado, a atividade do eIF4E está implicada em diversos cânceres, incluindo o cancro da mama, do pulmão e da próstata. Na verdade, o perfil transcricional dos tumores metastáticos humanos revelou uma assinatura metabólica distinta onde se sabe que o eIF4E é consistentemente regulado para cima.

Os níveis de eIF4E encontram-se elevados em muitos cancros, incluindo leucemia mieloide aguda (LMA), mieloma múltiplo, LLA infantil, linfoma difuso de grandes células B, cancro da mama, da próstata e cancro da cabeça e pescoço, e sua elevação está geralmente relacionada a um prognóstico negativo. Em muitos destes cânceres, como a LMA, o eIF4E está enriquecido nos núcleos e várias das atividades do eIF4E encontram-se elevadas nas amostras primárias dos pacientes, incluindo o processo de adição de cap, splicing, exportação de RNA e tradução.

Nos primeiros ensaios clínicos visando o eIF4E, o antigo medicamento antiviral ribavirina foi utilizado como um competidor do cap m7G, que apresentou uma atividade considerável em linhas celulares de câncer e modelos animais associados ao eIF4E desregulado. Até hoje as pesquisas na PubMed revelam que mais de 30 grupos descobriram que a ribavirina tem como alvo a atividade do eIF4E, ao passo que dois deles não encontraram. No primeiro estudo que focou no eIF4E, a monoterapia com ribavirina demonstrou inibir a atividade do eIF4E e originou respostas clínicas objetivas, incluindo remissões completas em doentes com LMA. Curiosamente, a relocalização do eIF4E do núcleo para o citoplasma correlacionou-se com remissões clínicas indicadoras da relevância das suas atividades nucleares para a progressão da doença. Ensaios subsequentes de ribavirina em LMA em combinação com medicamentos antileucémicos demonstraram novamente respostas clínicas objetivas, incluindo remissões e o direcionamento molecular de eIF4E. As respostas clínicas correlacionaram-se com eIF4E nuclear reduzido e recaída clínica com o ressurgimento do eIF4E nuclear e sua atividade de exportação de RNA nestes estudos de LMA. Outros estudos que utilizaram a ribavirina em combinação apresentaram resultados promissores semelhantes no cancro da cabeça e pescoço. A ribavirina prejudica todas as atividades do eIF4E estudadas até o momento (splicing, formação do cap, exportação de RNA e tradução). Assim, o eIF4E tem sido alvo terapêutico bem sucedido em humanos; contudo, a resistência do medicamento à ribavirina constitui um problema emergente para o controle da doença a longo prazo.

O eIF4E também foi alvo de oligonucleotídeos antissenso que foram muito potentes em modelos de câncer de próstata em camundongos, mas em ensaios de monoterapia em humanos não proporcionaram benefício clínico, provavelmente devido à ineficiência da redução dos níveis de eIF4E em humanos em comparação com camundongos. As melhorias recentes na entrega de nanopartículas podem aperfeiçoar esta estratégia. Também existe um inibidor alostérico de eIF4E que se liga entre o local de ligação ao cap e a superfície dorsal que é usado experimentalmente.

Interações

Demonstrou-se que o EIF4E interage com:

Outros interatores diretos: PML; proteína Z de arenavírus; Importina 8; proteína VPg do potyvírus, LRPPRC, RNMT, molécula pequena ISQ201 e outros.

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Leitura adicional

Ligações externas


Este artigo incorpora texto da United States National Library of Medicine, que está em domínio público.