编码5’mRNA帽结合蛋白eif4ea和eif4eb的基因在心脏再生过程中具有不同的作用

《Developmental Biology》：Genes for 5’mRNA cap binding proteins, eif4ea and eif4eb, have alternative roles during heart regeneration

心脏再生中eIF4E蛋白家族补偿机制研究。通过构建zebrafish eif4ea/eif4eb双突变体发现，单独删除这两个基因不表现心脏再生缺陷，但与eif4e1c缺失复合突变会加剧表型。值得注意的是，eif4e1c基因能完全补偿canonical eIF4E功能，但单侧删除canonical eIF4E基因反而促进心脏再生，揭示两者动态平衡对再生至关重要。

　　

Rejenae Dockery | Mateo Zevallos | Carson McNulty | Tessa Zecchino | Reece Ratermann | Richard White | Dominic Kolonay | Kedryn Baskin | Joseph Aaron Goldman

俄亥俄州立大学医学中心，哥伦布，OH

摘要

所有真核生物都拥有必需的mRNA帽结合蛋白eIF4E，它启动翻译过程。这种蛋白质具有高度保守性，来自斑马鱼和人类的eIF4E版本能够拯救酵母细胞。所有鱼类还拥有一种祖先形式的eIF4E家族，称为eif4e1c，这对心脏再生至关重要。删除eif4e1c会导致生长缺陷和心脏再生能力受损，但目前尚不清楚当典型的翻译机制受到干扰时是否会出现类似的影响。在这项研究中，我们删除了斑马鱼中两种与经典eIF4E同源的基因eif4ea和eif4eb。虽然单独删除这些基因并不会表现出与删除eif4e1c相同的表现型，但复合突变体却增强了eif4e1c相关的表现型，这表明经典eIF4E蛋白在eif4e1c突变体中能够起到部分补偿作用。令人惊讶的是，与其他真核生物不同，同时删除这两种经典的mRNA帽结合蛋白并不会导致致命后果，而且eif4e1c能够完全替代eIF4E的功能。尽管我们预计双突变体会因为含有eif4e1c而具有更好的心脏再生能力，但实际上双突变体并未显示出任何改善。有趣的是，单独删除eif4ea或eif4eb确实改善了心脏再生。这支持了一个观点，即eif4e1c与经典途径之间的平衡对于刺激心脏再生至关重要。

章节片段

引言

翻译启动的一个关键因素是起始因子eIF4E与mRNA 5’端的帽结构结合。关于eIF4E的大部分知识来自于对纯化组分的体外研究，或者在许多情况下来自细胞培养实验。由于从酵母到小鼠等生物体都需要eIF4E的同源蛋白，因此体内研究颇具挑战性。只有少数研究能够确定eIF4E在生物体中的功能丧失现象。在秀丽隐杆线虫（C. elegans）中，...

结果

此前我们已经证明，eif4e1c mRNA存在于所有组织类型中，并且其表达水平与经典eIF4E因子相当¹³。为了进一步评估Eif4e1c家族的细胞类型特异性依赖性，我们分析了一组关于斑马鱼发育过程的scRNA-seq数据¹⁹。研究发现，eif4e1c mRNA的平均丰度大约是经典eif4ea和eif4eb mRNA的两倍，或者大约等于整个经典家族的总表达量。

讨论

我们之前的研究表明，在Δeif4e1c突变体中观察到的表现型反映了eif4e1c途径的特异性功能，因为这些表现型在Δeif4ea和Δeif4eb突变体中并未出现。然而，Δeif4e1c突变体的表现型并不完整，而将Δeif4e1c与Δeif4ea或Δeif4eb结合使用会增强这些表现型，这表明经典因子可以部分补偿eif4e1c的功能。令人惊讶的是，斑马鱼的生长...

材料与方法

scRNAseq分析：单细胞RNA测序数据来自Zebrahub，该数据集涵盖了从受精后10小时到受精后10天的10个发育阶段。共对40个胚胎进行了测序，每个时间点有4个胚胎；根据发育阶段的不同，每个胚胎的细胞数量范围从1到20,000个不等。测序结果按照已发表的方法进行了分析和注释。使用了Seurat(v5)、SeuratDisk (v0.0.0.9015)和Zellkonverter (v3.22) R软件包进行数据分析。

CRediT作者贡献声明

Richard White：研究工作。Reece Ratermann：撰写初稿、研究工作、数据整理。Tessa Zecchino：研究工作、数据整理。Carson McNulty：研究工作、数据整理。Kedryn Baskin：监督工作。Dominic Kolonay：数据整理。Joseph Aaron Goldman：撰写初稿、监督工作、项目管理、研究工作、资金获取、正式分析、概念构思。Mateo Zevallos：验证工作、资源提供、研究工作、正式分析、数据整理。

数据可用性声明

本研究未使用大型数据集。所有数据均为显微镜图像和测量结果，存储在Excel表格中。相关作者将在合理请求下提供这些原始数据。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。