Compartir
Título
Ribosomal RNA methylation controls the cell cycle through protein synthesis
Autor(es)
Director(es)
Materia
Tesis y disertaciones académicas
Universidad de Salamanca (España)
Tesis Doctoral
Academic dissertations
ARN
Metilación
Tumores
Metástasis
Clasificación UNESCO
3201.01 Oncología
Fecha de publicación
2023
Resumen
[EN] Cytosine-5 methylation (m5C) is one of the most well-known post-transcriptional modifications
in RNA. This mark is predominantly found in transfer RNAs (tRNAs) and ribosomal RNAs
(rRNAs) and is mediated by DNMT2 and NSUN family members. Recently, m5C modification
on tRNAs has been shown to regulate stem cell function and stress response, and its inhibition
specifically eliminates cancer initiating cells. This suggest that RNA methylation may regulate
essential cellular and physiological processes and that its deregulation may lead to critical
pathological consequences such as cancer.
In contrast to tRNAs, the functional significance of m5C in other RNAs in which this mark is also
prevalent, such as rRNAs, has not been deeply studied in mammals yet. NSUN5 is a m5C
methyltransferase that targets position C3782 of 28S rRNA, located at the interface between large
and small ribosome subunits. Depletion of NSUN5 is known to alter global protein synthesis,
translation fidelity and cell growth. However, how the loss of this methylation affects these key
cellular processes is not well-understood yet.
Herein we show that NSUN5 loss-of-function in mammalian cells leads to reduced proliferation
rates, primarily due to an impaired progression through the G2/M phases of the cell cycle.
Mechanistically, reduced m5C deposition at C3782 alters ribosomal structure and induces a
translational shift, favoring the synthesis of ribosomal proteins and cell cycle regulators.
Moreover, we have found that NSUN5 is post-translationally modified by CDK1 during mitosis,
resulting in its destabilization. These findings suggest that NSUN5 expression is temporary
modulated during the cell cycle to fine-tune translation and ensure proper progression through
this critical cellular process.
Furthermore, our investigation reveals that NSUN5 is overexpressed in several cancers,
particularly during advanced stages, correlating with increased risk of recurrence. While Nsun5
deficiency does not affect primary tumor growth in vivo, it significantly impairs tumor metastatic
potential, indicating that NSUN5 may serve as therapeutic target to combat tumor metastasis.
[ES] La metilación en citosina-5 (m5C) es una de las modificaciones epitranscriptómicas más
estudiadas en el ARN. Esta modificación se encuentra principalmente en el ARN de transferencia
(ARNt) y en el ARN ribosómico (ARNr) y está mediada por DNMT2 y por los miembros de la
familia de enzimas NSUN. Estudios recientes indican que la modificación m5C en ARNt regula
la función de las células madre y la respuesta a estrés, y que su inhibición contribuye a eliminar
específicamente las células iniciadoras de tumor. Esto sugiere que la metilación de ARN podría
regular procesos celulares y fisiológicos esenciales y que su desregulación puede tener
consecuencias patológicas como el desarrollo de cáncer.
Al contrario que ocurre con los ARNt, las funciones de esta modificación en otros ARNs en los
cuales es muy abundante, como el ARNr, no se han estudiado aún en profundidad. NSUN5 es
una metiltransferasa que deposita la modificación m5C en la posición C3782 del ARNr 28S, que
se encuentra en la interfaz entre la subunidad grande y pequeña del ribosoma. La reducción en la
expresión de esta enzima produce una alteración de la síntesis global de proteínas, la fidelidad de
la traducción y del crecimiento celular. Sin embargo, aún no se conoce en profundidad cómo la
pérdida de esta modificación afecta a estos procesos celulares esenciales.
En este estudio demostramos que la pérdida de expresión de NSUN5 produce una disminución
del crecimiento celular, principalmente debido a una alteración en la progresión de las fases G2
y M del ciclo celular. A nivel molecular, encontramos que una bajada en la metilación del
ribosoma en la posición C3782 produce una alteración en la estructura ribosomal e induce una
alteración del programa traduccional de las células, favoreciendo la síntesis de proteínas
ribosomales y reguladores del ciclo celular. Además de esto, describimos una modificación posttraduccional
de NSUN5 mediada por CDK1 que ocurre durante mitosis y que conlleva la
desestabilización de NSUN5. Nuestros datos sugieren que la expresión de NSUN5 está modulada
a lo largo del ciclo celular para ajustar la síntesis de proteínas y asegurar la correcta progresión
del ciclo celular. Finalmente, nuestro estudio muestra que NSUN5 está altamente expresada en numerosos tipos de
tumores, especialmente durante los estadios más avanzados, correlacionándose con un aumento
en el riesgo de recaída. Nuestros estudios in vivo indican que la pérdida de expresión de NSUN5
no afecta a la formación del tumor primario, pero inhiben la capacidad de las células tumorales
para metastatizar. Esto indica que NSUN5 podría ser usada como diana terapéutica para combatir
el desarrollo de metástasis.
URI
DOI
10.14201/gredos.157714
Colecciones