Молекулярная биология, 2022, T. 56, № 3, стр. 465-467

Картирование регуляторных элементов в 5'- и 3'-нетранслируемых областях мРНК SIGLEC-15 с помощью репортерного анализа

L. Wang a, R. Li a, X. Lai a, X. Zhang a, H. Chen a*, W. Zhao a**

a Molecular Cancer Research Center, School of Medicine, Shenzhen Campus of Sun Yat-sen University
518107 Shenzhen, Guangdong, P.R. China

* E-mail: chenhm69@mail.sysu.edu.cn
** E-mail: zhaowx5@mail.sysu.edu.cn

Поступила в редакцию 20.07.2021
После доработки 21.10.2021
Принята к публикации 31.10.2021

Аннотация

Siglec-15 – иммунный супрессор, активируемый в различных типах злокачественных опухолей, рассматривается как новая потенциальная мишень для иммунотерапии опухолей. Однако неясно, каким образом экспрессия Siglec-15 контролируется в нормальных и опухолевых клетках. С использованием репортерного анализа оценили влияние 5'- и 3'-UTR мРНК Siglec-15 на экспрессию гена. Обнаружено, что 3'-UTR сильно снижает продукцию репортерного белка, тогда как 5'-UTR проявляет умеренное ингибирующее действие Количественное определение стационарного уровня мРНК выявило хорошее соответствие между количеством белка и представленностью мРНК, содержащей 3'-UTR. Напротив, 5'-UTR слабо влияла на уровень мРНК по сравнению с контролем. Измерение времени полужизни мРНК показало, что 3'-UTR способствует деградации мРНК. Тестирование шести укороченных фрагментов 3'-UTR выявило заметную ингибирующую активность пяти из них в четырех проверенных линиях клеток, а шестой – перекрывающий область 993–1317 – обладал более сильной активностью. Интересно, что область 993–1317 содержит предсказанную структуру стебель–петля из 43 н., проявляющую выраженную ингибирующую активность в четырех линиях клеток. Эти результаты свидетельствуют, что 3'-UTR подавляет экспрессию репортерного гена, вызывая ускоренный распад мРНК, возможно, с использованием нескольких цис-регуляторных элементов, а 5'-UTR репрессирует экспрессию гена, ингибируя трансляцию. Таким образом, наши данные дают ключ к пониманию механизмов регуляции экспрессии гена Siglec-15.

Ключевые слова: Siglec-15, 5'-UTR, 3'-UTR, деградация мРНК, трансляция

Список литературы

  1. Wang J., Sun J., Liu L.N., Flies D.B., Nie X., Toki M., Zhang J., Song C., Zarr M., Zhou X., Han X., Archer K.A., O’Neill T., Herbst R.S., Boto A.N., Sanmamed M.F., Langermann S., Rimm D.L., Chen L. (2019) Siglec-15 as an immune suppressor and potential target for normalization cancer immunotherapy. Nat. Med. 25, 656‒666.

  2. Angata T., Tabuchi Y., Nakamura K., Nakamura M. (2007) Siglec-15: an immune system Siglec conserved throughout vertebrate evolution. Glycobiology. 17, 838‒846.

  3. Hiruma Y., Hirai T., Tsuda E. (2011) Siglec-15, a member of the sialic acid-binding lectin, is a novel regulator for osteoclast differentiation. Biochem. Biophys. Res. Commun. 409, 424‒429.

  4. Kang F.B., Chen W., Wang L., Zhang Y.Z. (2020) The diverse functions of Siglec-15 in bone remodeling and antitumor responses. Pharmacol. Res. 155, 104728.

  5. Cao G., Xiao Z., Yin Z. (2019) Normalization cancer immunotherapy: blocking Siglec-15! Signal. Transduct. Target. Ther. 4, 10.

  6. Kameda Y., Takahata,M., Komatsu M., Mikuni S., Hatakeyama S., Shimizu T., Angata T., Kinjo M., Minami A., Iwasaki N. (2013) Siglec-15 regulates osteoclast differentiation by modulating RANKL-induced phosphatidylinositol 3-kinase/Akt and Erk pathways in association with signaling Adaptor DAP12. J. Bone Miner Res. 28, 2463‒2475.

  7. Sato D., Takahata M., Ota M., Fukuda C., Tsuda E., Shimizu T., Okada A., Hiruma Y., Hamano H., Hiratsuka S., Fujita R., Amizuka N., Hasegawa T., Iwasaki N. (2018) Siglec-15-targeting therapy increases bone mass in rats without impairing skeletal growth. Bone. 116, 172‒180.

  8. Mayr C. (2019) What Are 3' UTRs Doing? Cold Spring Harb. Perspect. Biol. 11(10), a034728.

  9. Zhao W., Pollack J.L., Blagev D.P., Zaitlen N., McManus M.T., Erle D.J. (2014) Massively parallel functional annotation of 3' untranslated regions. Nat. Biotechnol. 32, 387‒391.

  10. Brennan S.E., Kuwano Y., Alkharouf N., Blackshear P.J., Gorospe M., Wilson G.M. (2009) The mRNA-destabilizing protein tristetraprolin is suppressed in many cancers, altering tumorigenic phenotypes and patient prognosis. Cancer Res. 69, 5168‒5176.

  11. Zhao W., Erle D.J. (2018) Widespread effects of chemokine 3' untranslated regions on mRNA degradation and protein production in human cells. J. Immunol. 201, 1053‒1061.

  12. Guo H., Ingolia N.T., Weissman J.S., Bartel D.P. (2010) Mammalian microRNAs predominantly act to decrease target mRNA levels. Nature. 466, 835‒840.

  13. An J.J., Gharami K., Liao G.Y., Woo N.H., Lau A.G., Vanevski F., Torre E.R., Jones K.R., Feng Y., Lu B., Xu B. (2008) Distinct role of long 3' UTR BDNF mRNA in spine morphology and synaptic plasticity in hippocampal neurons. Cell. 134, 175‒187.

  14. Chen S., Wang R., Zheng D., Zhang H., Chang X., Wang K., Li W., Fan J., Tian B., Cheng H. (2019) The mRNA export receptor NXF1 coordinates transcriptional dynamics, alternative polyadenylation, and mRNA export. Mol. Cell. 74, 118‒131. e117.

  15. Ma W., Mayr C. (2018) A Membraneless organelle associated with the endoplasmic reticulum enables 3'UTR-mediated protein-protein interactions. Cell. 175, 1492‒1506. e1419.

  16. Ingolia N.T., Ghaemmaghami S., Newman J.R., Weis-sman J.S. (2009) Genome-wide analysis in vivo of translation with nucleotide resolution using ribosome profiling. Science. 324, 218‒223.

  17. Johnstone T.G., Bazzini A.A., Giraldez A.J. (2016) Upstream ORFs are prevalent translational repressors in vertebrates. EMBO J. 35, 706‒723.

  18. Hinnebusch A.G., Ivanov I.P., Sonenberg N. (2016) Translational control by 5'-untranslated regions of eukaryotic mRNAs. Science. 352, 1413‒1416.

  19. Rogers J.T., Randall J.D., Cahill C.M., Eder P.S., Huang X., Gunshin H., Leiter L., McPhee J., Sa-rang S.S., Utsuki T., Greig N.H., Lahiri D.K., Tan-zi R.E., Bush A.I., Giordano T., Gullans S.R. (2002) An iron-responsive element type II in the 5'-untranslated region of the Alzheimer’s amyloid precursor protein transcript. J. Biol. Chem. 277, 45518‒45528.

  20. Jia L., Mao Y., Ji Q., Dersh D., Yewdell J.W., Qian S.B. (2020) Decoding mRNA translatability and stability from the 5' UTR. Nat. Struct. Mol. Biol. 27, 814‒821.

  21. Mayr C. (2017) Regulation by 3'-untranslated regions. Annu. Rev. Genet. 51, 171‒194.

  22. Leppek K., Schott J., Reitter S., Poetz F., Hammond M.C., Stoecklin G. (2013) Roquin promotes constitutive mRNA decay via a conserved class of stem-loop recognition motifs. Cell. 153, 869‒881.

  23. Jodoin R., Perreault J.P. (2018) G-quadruplexes formation in the 5'UTRs of mRNAs associated with colorectal cancer pathways. PLoS One. 13, e0208363.

  24. Jodoin R., Carrier J.C., Rivard N., Bisaillon M., Perreault J.P. (2019) G-quadruplex located in the 5'UTR of the BAG-1 mRNA affects both its cap-dependent and cap-independent translation through global secondary structure maintenance. Nucleic Acids Res. 47, 10247‒10266.

  25. Ishida-Kitagawa N., Tanaka K., Bao X., Kimura T., Miura T., Kitaoka Y., Hayashi K., Sato M., Maruoka M., Ogawa T., Miyoshi J., Takeya T. (2012) Siglec-15 protein regulates formation of functional osteoclasts in concert with DNAX-activating protein of 12 kDa (DAP12). J. Biol. Chem. 287, 17493‒17502.

  26. Stuible M., Moraitis A., Fortin A., Saragosa S., Kalbakji A., Filion M., Tremblay G.B. (2014) Mechanism and function of monoclonal antibodies targeting siglec-15 for therapeutic inhibition of osteoclastic bone resorption. J. Biol. Chem. 289, 6498‒6512.

  27. Sun J., Lu Q., Sanmamed M.F., Wang J. (2021) Siglec-15 as an emerging target for next-generation cancer immunotherapy. Clin. Cancer Res. 27, 680‒688.

  28. Andersson R. (2015) Promoter or enhancer, what’s the difference? Deconstruction of established distinctions and presentation of a unifying model. Bioessays. 37, 314‒323.

  29. Kuersten S., Goodwin E.B. (2003) The power of the 3' UTR: translational control and development. Nat. Rev. Genet. 4, 626‒637.

  30. Chen M., Lyu G., Han M., Nie H., Shen T., Chen W., Niu Y., Song Y., Li X., Li H., Chen X., Wang Z., Xia Z., Li W., Tian X.L., Ding C., Gu J., Zheng Y., Liu X., Hu J., Wei G., Tao W., Ni T. (2018) 3' UTR lengthening as a novel mechanism in regulating cellular senescence. Genome Res. 28(3), 285‒294. https://doi.org/10.1101/gr.224451.117

  31. Schuster S.L., Hsieh A.C. (2019) The untranslated regions of mRNAs in cancer. Trends Cancer. 5, 245‒262.

  32. Kataoka K., Shiraishi Y., Takeda Y., Sakata S., Matsumoto M., Nagano S., Maeda T., Nagata Y., Kitanaka A., Mizuno S., Tanaka H., Chiba K., Ito S., Watatani Y., Kakiuchi N., Suzuki H., Yoshizato T., Yoshida K., Sanada M., Itonaga H., Imaizumi Y., Totoki Y., Munakata W., Nakamura H., Hama N., Shide K., Kubuki Y., Hidaka T., Kameda T., Masuda K., Minato N., Kashiwase K., Izutsu K., Takaori-Kondo A., Miyazaki Y., Takahashi S., Shibata T., Kawamoto H., Akatsuka Y., Shimoda K., Takeuchi K., Seya T., Miyano S., Ogawa S. (2016) Aberrant PD-L1 expression through 3'-UTR disruption in multiple cancers. Nature. 534, 402‒406.

  33. Chatterjee S., Pal J.K. (2009) Role of 5'- and 3'-untranslated regions of mRNAs in human diseases. Biol Cell. 101, 251‒262.

  34. Goodarzi H., Zhang S., Buss C.G., Fish L., Tavazoie S., Tavazoie S.F. (2014) Metastasis-suppressor transcript destabilization through TARBP2 binding of mRNA hairpins. Nature. 513, 256‒260.

  35. Turi A., Loglisci C., Salvemini E., Grillo G., Malerba D., D’Elia D. (2009) Computational annotation of UTR cis-regulatory modules through frequent pattern mining. BMC Bioinformatics. 10(Suppl. 6), S25.

  36. Zhao W., Siegel D., Biton A., Tonqueze O.L., Zaitlen N., Ahituv N., Erle D.J. (2017) CRISPR-Cas9-mediated functional dissection of 3'-UTRs. Nucl. Acids Res. 45, 10800‒10810.

  37. Chendrimada T.P., Gregory R.I., Kumaraswamy E., Norman J., Cooch N., Nishikura K., Shiekhattar R. (2005) TRBP recruits the Dicer complex to Ago2 for microRNA processing and gene silencing. Nature. 436, 740‒744.

  38. Schneider B.D., Leibold E.A. (2003) Effects of iron regulatory protein regulation on iron homeostasis during hypoxia. Blood. 102, 3404‒3411.

  39. Kulkarni S., Savan R., Qi Y., Gao X., Yuki Y., Bass S.E., Martin M.P., Hunt P., Deeks S. G., Telenti A., Pereyra F., Goldstein D., Wolinsky S., Walker B., Young H.A., Carrington M. (2011) Differential microRNA regulation of HLA-C expression and its association with HIV control. Nature. 472, 495‒498.

Дополнительные материалы отсутствуют.