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Genes with 5′ terminal oligopyrimidine tracts preferentially escape global suppression of translation by the SARS-CoV-2 Nsp1 protein
RNA ( IF 4.5 ) Pub Date : 2021-09-01 , DOI: 10.1261/rna.078661.120 Shilpa Rao 1 , Ian Hoskins 1 , Tori Tonn 1 , P Daniela Garcia 1 , Hakan Ozadam 1 , Elif Sarinay Cenik 1 , Can Cenik 1
RNA ( IF 4.5 ) Pub Date : 2021-09-01 , DOI: 10.1261/rna.078661.120 Shilpa Rao 1 , Ian Hoskins 1 , Tori Tonn 1 , P Daniela Garcia 1 , Hakan Ozadam 1 , Elif Sarinay Cenik 1 , Can Cenik 1
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Viruses rely on the host translation machinery to synthesize their own proteins. Consequently, they have evolved varied mechanisms to co-opt host translation for their survival. SARS-CoV-2 relies on a nonstructural protein, Nsp1, for shutting down host translation. However, it is currently unknown how viral proteins and host factors critical for viral replication can escape a global shutdown of host translation. Here, using a novel FACS-based assay called MeTAFlow, we report a dose-dependent reduction in both nascent protein synthesis and mRNA abundance in cells expressing Nsp1. We perform RNA-seq and matched ribosome profiling experiments to identify gene-specific changes both at the mRNA expression and translation levels. We discover that a functionally coherent subset of human genes is preferentially translated in the context of Nsp1 expression. These genes include the translation machinery components, RNA binding proteins, and others important for viral pathogenicity. Importantly, we uncovered a remarkable enrichment of 5′ terminal oligo-pyrimidine (TOP) tracts among preferentially translated genes. Using reporter assays, we validated that 5′ UTRs from TOP transcripts can drive preferential expression in the presence of Nsp1. Finally, we found that LARP1, a key effector protein in the mTOR pathway, may contribute to preferential translation of TOP transcripts in response to Nsp1 expression. Collectively, our study suggests fine-tuning of host gene expression and translation by Nsp1 despite its global repressive effect on host protein synthesis.
中文翻译:
具有 5' 末端寡嘧啶束的基因优先逃避 SARS-CoV-2 Nsp1 蛋白对翻译的全局抑制
病毒依靠宿主翻译机制来合成自己的蛋白质。因此,它们进化出了多种机制来选择宿主翻译以求生存。SARS-CoV-2 依赖非结构蛋白 Nsp1 来关闭宿主翻译。然而,目前尚不清楚对病毒复制至关重要的病毒蛋白和宿主因子如何逃脱宿主翻译的全局关闭。在这里,我们使用一种名为 MeTAFlow 的新型 FACS 检测方法,报告了表达 Nsp1 的细胞中新生蛋白质合成和 mRNA 丰度呈剂量依赖性减少。我们进行 RNA-seq 和匹配核糖体分析实验,以识别 mRNA 表达和翻译水平上的基因特异性变化。我们发现,功能一致的人类基因子集在 Nsp1 表达的背景下优先被翻译。这些基因包括翻译机制成分、RNA 结合蛋白和其他对病毒致病性重要的基因。重要的是,我们发现优先翻译基因中 5' 末端寡嘧啶 (TOP) 区域显着富集。使用报告基因检测,我们验证了 TOP 转录本的 5' UTR 在 Nsp1 存在的情况下可以驱动优先表达。最后,我们发现 LARP1(mTOR 通路中的关键效应蛋白)可能有助于响应 Nsp1 表达而优先翻译 TOP 转录本。总的来说,我们的研究表明,尽管 Nsp1 对宿主蛋白质合成具有整体抑制作用,但它对宿主基因表达和翻译进行了微调。
更新日期:2021-08-16
中文翻译:
具有 5' 末端寡嘧啶束的基因优先逃避 SARS-CoV-2 Nsp1 蛋白对翻译的全局抑制
病毒依靠宿主翻译机制来合成自己的蛋白质。因此,它们进化出了多种机制来选择宿主翻译以求生存。SARS-CoV-2 依赖非结构蛋白 Nsp1 来关闭宿主翻译。然而,目前尚不清楚对病毒复制至关重要的病毒蛋白和宿主因子如何逃脱宿主翻译的全局关闭。在这里,我们使用一种名为 MeTAFlow 的新型 FACS 检测方法,报告了表达 Nsp1 的细胞中新生蛋白质合成和 mRNA 丰度呈剂量依赖性减少。我们进行 RNA-seq 和匹配核糖体分析实验,以识别 mRNA 表达和翻译水平上的基因特异性变化。我们发现,功能一致的人类基因子集在 Nsp1 表达的背景下优先被翻译。这些基因包括翻译机制成分、RNA 结合蛋白和其他对病毒致病性重要的基因。重要的是,我们发现优先翻译基因中 5' 末端寡嘧啶 (TOP) 区域显着富集。使用报告基因检测,我们验证了 TOP 转录本的 5' UTR 在 Nsp1 存在的情况下可以驱动优先表达。最后,我们发现 LARP1(mTOR 通路中的关键效应蛋白)可能有助于响应 Nsp1 表达而优先翻译 TOP 转录本。总的来说,我们的研究表明,尽管 Nsp1 对宿主蛋白质合成具有整体抑制作用,但它对宿主基因表达和翻译进行了微调。