An investigation of the role of the S. cerevisiae RNA-binding protein Scp160p/vigilin in the aggregation of Q/N-rich proteins

Abstract

The vigilin family of RNA-binding proteins are highly conserved from yeast to mammals. Work from various organisms have linked vigilin to a multitude of cellular processes both in the nucleus and cytoplasm. These processes include ploidy maintenance, heterochromatin formation, as well as regulation of processing-body formation, mRNA localization, translation, and stability. Our lab has previously reported a role for the Saccharomyces cerevisiae vigilin homolog, Scp160p, in promoting the reuse of tRNAs in the context of codon composition. This work explores this role further by assessing how loss of Scp160p affects biosynthesis of aggregation-prone polyglutamine (polyQ) reporters that differ in their codon usage. Microscopy and biochemical analysis show that aggregation of the polyQ reporters is reduced in scp160Δ cells, regardless of codon usage. This effect on protein aggregation was further assayed for the endogenous S. cerevisiae proteome by combining filter-trap binding, to capture SDS-resistant aggregated proteins, and quantitative mass spectrometry by dimethyl labelling. Such an analysis revealed that aggregation of many polyQ and glutamine/asparagine-rich (Q/N-rich) proteins, including the transcription factor Cyc8p and RNA-binding protein Nab3p, were reduced in the absence of Scp160p. Additional work preliminarily suggests that loss of Scp160p may perturb translation kinetics, thereby influencing co-translational folding and likelihood of protein aggregation. In this way, Scp160p may influence many cellular processes by modulating Q/N-mediated protein aggregation.

RNA-Bindeproteine der Vigilin Familie stellen eine von Hefe bis zu Säugetieren hochkonservierte Proteinfamilie dar. Funktionell konnte in verschiedenen Organismen eine Verbindung zwischen Vigilin und einer Vielzahl zellulärer Prozesse gezeigt werden. Dies beinhaltet sowohl cytoplasmatische als auch nukleäre Prozesse, zu denen unter anderem Ploidiewartung und Bildung von Heterochromatin sowie die Regulation der Entstehung von processing bodies, mRNA-Transport, -Translation, und -Stabilität zählen. So konnten frühere Arbeiten unserer Forschungsgruppe zeigen, dass das Vigilin Homolog von Saccharomyces cerevisiae, Scp160p, die Wiederverwendung von tRNAs abhängig von Codonzusammensetzung begünstigt. Diese Arbeit erforscht diese Rolle weiter, indem sie untersucht, wie der Verlust von Scp160p die Biosynthese von aggregationsanfälligen Polyglutamin (PolyQ)-Reporterproteinen, welche sich in ihrer Codonverwendugn unterscheiden, beeinflusst. Mikroskopie und biochemische Analysen zeigen, dass die Aggregation der PolyQ-Reporterproteine in Zellen mit deletiertem Scp160p (scp160Δ Zellen) unabhängig von der Codonverwendung reduziert ist. Weitergehend wurde dies durch eine Kombination an Filter-trap Bindung, welches SDS-resistente aggregierte Proteine einfängt, mit quantitativer Massenspektrometrie durch Dimethyl-Labeling, für das endogene S. cerevisiae Proteom untersucht. Die Analyse der Daten zeigte, dass die Aggregation vieler polyQ- und Glutamin/Asparagin-reicher (Q/N-reicher) Proteine, darunter der Transkriptionsfaktor Cyc8p und das RNA-Bindeprotein Nab3p, in Abwesenheit von Scp160p reduziert ist. Vorläufige Ergebnisse deuten darauf hin, dass der Verlust von Scp160p die Translationskinetik stören könnte, wodurch co-translationale Faltung und die Wahrscheinlichkeit der Aggregation von Proteinen beeinflusst wird. Durch die Modulation der Q/N-vermittelten Proteinaggregation könnte Scp160p somit viele zelluläre Prozesse beeinflussen.