低酸素はヒトリボソーム蛋白質S12のポリソーム分布とリボソーム蛋白質mRNAの代替スプライシングに影響を与える

Hypoxia influences polysome distribution of human ribosomal protein S12 and alternative splicing of ribosomal protein mRNAs.

• Andrea Brumwell
• Leslie Fell
• Lindsay Obress
• James Uniacke

抄録

リボソームは、タンパク質合成と王国全体の保存に不可欠な役割を果たしているため、かつてはその構成が静的であると考えられていました。ダイヤモンドブラックファン貧血のような選択的なリボソーム蛋白質（RP）に許容される変異が存在することは、すべてのリボソーム構成要素が必須ではないことを示す証拠である。真核生物のリボソームのタンパク質組成の不均一性は、リボソームの異なるプールがトランスクリプト特異性を持って存在することを示す証拠として、新たな概念となっている。ここでは、リボソームタンパク質のポリソーム結合が、腫瘍微小環境の特徴である低酸素（低酸素）によって変化することを、ヒト細胞で示した。我々は、タンデムマスタグ質量分析法を用いて、低酸素・低酸素HEK293細胞のポリソームを能動的に翻訳しているリボソームタンパク質の量を定量した。その結果、RPS12（eS12）は低酸素性モノソームに富み、構造化転写産物APAF-1とXIAPの重いポリソーム結合を増加させていることが示唆された。さらに、低酸素は、細胞株のRP mRNAのサブセット内で5つの代替スプライシングイベントを誘導した。RPS24（eS24タンパク質）におけるこれらのイベントの1つは、リボソームに組み込むことができる2つのタンパク質アイソフォームを生成するためにコーディング配列を変更する。このスプライシングイベントはスフェロイドにおいて大きく誘導され、ヒト前立腺癌における腫瘍低酸素と相関している。我々のデータは、低酸素がRPの組み込みの変化と低酸素特異的RPアイソフォームの産生を通じて、ヒトリボソームの構成に影響を与える可能性を示唆している。

Ribosomes were once considered static in their composition because of their essential role in protein synthesis and kingdom-wide conservation. The existence of tolerated mutations in select ribosomal proteins (RPs), such as in Diamond-Blackfan anemia, is evidence that not all ribosome components are essential. Heterogeneity in the protein composition of eukaryotic ribosomes is an emerging concept with evidence that different pools of ribosomes exist with transcript-specificity. Here, we show that the polysome association of ribosomal proteins is altered by low oxygen (hypoxia), a feature of the tumor microenvironment, in human cells. We quantified ribosomal protein abundance in actively translating polysomes of normoxic and hypoxic HEK293 cells by tandem mass tags mass spectrometry. Our data suggest that RPS12 (eS12) is enriched in hypoxic monosomes, which increases the heavy polysome association of structured transcripts APAF-1 and XIAP. Furthermore, hypoxia induced five alternative splicing events within a subset of RP mRNAs in cell lines. One of these events in RPS24 (eS24 protein) alters the coding sequence to produce two protein isoforms that can incorporate into ribosomes. This splicing event is greatly induced in spheroids and correlates with tumor hypoxia in human prostate cancer. Our data suggest that hypoxia may influence the composition of the human ribosome through changes in RP incorporation and the production of hypoxia-specific RP isoforms.

© 2020 Brumwell et al.; Published by Cold Spring Harbor Laboratory Press for the RNA Society.