Investigation of a translational control mechanism activated by interleukin 1

• Applicant: Professor Dr. Helmut Holtmann
• Subject Area: Public Health, Healthcare Research, Social and Occupational Medicine
• Term: from 2010 to 2017
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 187087359

• Final Report Year: 2018

Final Report Abstract

Posttranskriptionelle Mechanismen kontrollieren die Expression von Proteinen im Verlauf von Entzündungs- und Immunreaktionen. Ausgehend von einem screening-Experiment, in dem durch das Zytokin IL-1 translationell regulierte mRNAs identifiziert wurden, befaßte sich das Projekt mit der Untersuchung dieser Regulation anhand eines regulatorischen Elements in der IκBζ-mRNA. Diese als translational silencing element (TSE) bezeichnete Nukleotidsequenz besitzt sowohl translationshemmende als auch destabilisierende Wirkung. Beide Wirkungen werden durch IL-1 unterdrückt. Ein Interaktionspartner des TSE ist das RNA-bindende Protein MCPIP1/Regnase-1, das RNase-Funktion ausüben kann. Überexpressions- und Depletionsexperimente zeigen, das dieses Protein über seine destabilisierende Funktion hinaus auch an der Translationshemmung beteiligt ist. Die translationell gehemmte IκBζ-mRNA und TSE-haltige Reporter-mRNAs besitzen größtenteils cap-Struktur und poly(A)-Schwanz und sind Ribosom-assoziiert, was auf die Hemmung eines Schrittes nach der Translationsinitiation hinweist. Dies konnte durch einen unabhängigen Ansatz bestätigt werden, in dem die Translation unter Ausschaltung der normalen Initiation durch eine virale IRES-Struktur ermöglicht wird. Auch diese Translation wurde durch das TSE gehemmt und Überexpression von MCPIP1 verstärkte die Hemmung. Das TSE kann fünf evolutionär stark konservierte stem-loop (SL)-Strukturen ausbilden. Für die Interaktion mit MCPIP1 sind SL 4 und 5 erforderlich. Diese reichen auch für eine destabilisierende Wirkung aus, während für die translationshemmende Wirkung zusätzlich der vordere, SL1-3 umfassende Bereich essentiell ist. Wie dieser Bereich die Translationshemmung als zusätzliche Funktion von MCPIP1 ermöglicht, ist unklar. Der Bereich enthält Bindungsmotive für Pumilio-Proteine, die als weitere Interaktionspartner des TSE identifiziert wurden. Insbesondere PUM1 steigert nach bisherigen Ergebnissen jedoch vor allem die Degradation TSE-haltiger mRNAs. Insgesamt liefern die Arbeiten Erkenntnisse zur Komplexität von mRNA-Elementen. Sie zeigen, dass im TSE der IκBζ-mRNA durch Sequenzen, die benachbart zum Interaktionsort mit der RNase MCPIP1 liegen, die Funktion von MCPIP1 auf Translationshemmung ausgedehnt wird. Der molekulare Mechanismus dieser Regulation und die Identität weiterer Interaktionspartner bleiben zu klären.

Publications

• (2011) Interleukin-1 activates synthesis of interleukin-6 by interfering with a KSRP-dependent translational silencing mechanism. J. Biol. Chem., 286, 33279-33288
  Dhamija, S., Kuehne, N., Winzen, R., Doerrie, A., Dittrich-Breiholz, O., Thakur, B.K., Kracht, M. and Holtmann, H.
  
• (2012) The p38/MK2-Driven Exchange between Tristetraprolin and HuR Regulates AU-Rich Element-Dependent Translation. PLoS Genet, 8, e1002977
  Tiedje, Christopher; Ronkina, Natalia; Tehrani, Mohammad; Dhamija, Sonam; Laass, Kathrin; Holtmann, Helmut; Kotlyarov, Alexey & Gaestel, Matthias
  
• (2013) Interleukin-17 (IL-17) and IL-1 activate translation of overlapping sets of mRNAs, including that of the negative regulator of inflammation, MCPIP1. J. Biol. Chem., 288, 19250-19259
  Dhamija, Sonam; Winzen, Reinhard; Doerrie, Anneke; Behrens, Gesine; Kuehne, Nancy; Schauerte, Celina; Neumann, Elena; Dittrich-Breiholz, Oliver; Kracht, Michael & Holtmann, Helmut
  
• (2014) Cleavage of roquin and regnase-1 by the paracaspase MALT1 releases their cooperatively repressed targets to promote TH17 differentiation. Nat Immunol, 15, 1079-1089
  Jeltsch, Katharina M; Hu, Desheng; Brenner, Sven; Zöller, Jessica; Heinz, Gitta A; Nagel, Daniel; Vogel, Katharina U; Rehage, Nina; Warth, Sebastian C; Edelmann, Stephanie L; Gloury, Renee; Martin, Nina; Lohs, Claudia; Lech, Maciej; Stehklein, Jenny E; Geerlof, Arie; Kremmer, Elisabeth; Weber, Achim; Anders, Hans-Joachim; ... & Heissmeyer, Vigo
  
• (2014) The role of mammalian MAPK signaling in regulation of cytokine mRNA stability and translation. J. Interferon Cytokine Res., 34, 220-232
  Tiedje, Christopher; Holtmann, Helmut & Gaestel, Matthias
  
• (2018) A translational silencing function of MCPIP1/Regnase-1 specified by the target site context. Nucleic acids research 46 (8) 4256–4270
  Behrens, Gesine; Winzen, Reinhard; Rehage, Nina; Dörrie, Anneke; Barsch, Monika; Hoffmann, Anne; Hackermüller, Jörg; Tiedje, Christopher; Heissmeyer, Vigo & Holtmann, Helmut