Aminosäureregulation der Genexpression

Aminosäuren-Regulation der Genexpression

von Julien Averous, Alain Bruhat, Sylvie Mordier und Pierre Fafournoux

Unite de Nutrition et Metabolisme Proteique, Institut National de la Recherche Agronomique de Theix, 63122 Saint Gene`s Champanelle, Frankreich

ZUSAMMENFASSUNG

Bei Säugetieren hat sich die Auswirkung von Nährstoffen auf die Genexpression zu einem wichtigen Forschungsgebiet entwickelt. Da Aminosäuren vielfältige und wichtige Funktionen haben, muss ihre Homöostase fein reguliert werden. Die Aminosäurekonzentration kann jedoch durch bestimmte Ernährungsbedingungen oder verschiedene Stressformen beeinflusst werden. Folglich müssen Säugetiere mehrere physiologische Funktionen, die an der Anpassung an die Aminosäureverfügbarkeit beteiligt sind, durch die Regulation der Expression zahlreicher Gene anpassen. Es wurde gezeigt, dass Aminosäuren allein die Expression von Zielgenen modifizieren können. Das Verständnis der Aminosäure-abhängigen Kontrolle der Genexpression hat jedoch gerade erst begonnen, sich zu entwickeln. Diese Übersicht konzentriert sich auf die jüngsten Fortschritte im Verständnis der Mechanismen, die an der Aminosäure-Kontrolle der Genexpression beteiligt sind.

Säugetiere müssen ihren Stoffwechsel an die intermittierende Nahrungsaufnahme anpassen. Darüber hinaus müssen sie sich an interne Stoffwechselveränderungen wie den Menstruationszyklus oder die Schwangerschaft bei Frauen und das Wachstum von Geweben bei Jungtieren anpassen. All diese externen und internen Faktoren erfordern Stoffwechselreaktionen und die damit verbundenen Regulationsmechanismen. Die Regulation des Stoffwechsels wird durch koordinierte Aktionen zwischen Geweben und Zellen erreicht. Diese Mechanismen umfassen die konditionale Regulation spezifischer Gene in An- oder Abwesenheit geeigneter Nährstoffe. Bei mehrzelligen Organismen umfasst die Kontrolle der Genexpression komplexe Wechselwirkungen von hormonellen, neuronalen und ernährungsbedingten Faktoren.

Die Kontrolle der Genexpression durch die Verfügbarkeit von Nährstoffen ist bei Prokaryoten und niederen Eukaryoten gut dokumentiert. Diese Organismen sind in der Lage, ihre Stoffwechselkapazität an Schwankungen der Nährstoffversorgung anzupassen, indem sie ihr Genexpressionsmuster ändern. Zum Beispiel gehören das Lac-Operon von Escherichia coli und das Gal-Regulon von Saccharomyces cerevisiae zu den am besten verstandenen Regulationswegen der Genexpression (1). Obwohl nicht so weit verbreitet, spielen ernährungsbedingte Signale eine wichtige Rolle bei der Kontrolle der Genexpression bei Säugetieren. Es wurde gezeigt (2-7), dass größere (Kohlenhydrate, Fettsäuren, Sterole) oder kleinere (Mineralien, Vitamine) Nahrungsbestandteile an der Regulation der Genexpression beteiligt sind. Die Mechanismen, die an der Aminosäure-Kontrolle der Genexpression beteiligt sind, wurden jedoch für Säugetierzellen gerade erst verstanden (8-11). Diese Übersicht fasst die jüngsten Arbeiten über die Auswirkungen der Aminosäureverfügbarkeit auf die Regulation biologischer Funktionen zusammen. Auf der Grundlage der physiologischen Konzepte der Aminosäure-Homöostase diskutieren wir spezifische Beispiele für die Rolle von Aminosäuren bei der Regulation physiologischer Funktionen. Insbesondere konzentrieren wir uns auf die Mechanismen, die an der Aminosäure-Regulation der Genexpression beteiligt sind.

Regulation des Aminosäurestoffwechsels und der Homöostase im gesamten Tier

Säugetiere müssen die Aminosäure-Homöostase präzise regulieren, wobei sie zwei wichtige Merkmale des Aminosäurestoffwechsels berücksichtigen müssen: 1) Mehrzellige Organismen sind nicht in der Lage, alle Aminosäuren zu synthetisieren, und 2) es gibt keine wichtigen entbehrlichen Aminosäurespeicher (im Gegensatz zu Lipiden oder Glukose). Die Größe des Pools jeder Aminosäure ist das Ergebnis eines Gleichgewichts zwischen Zufuhr und Entfernung. Die Stoffwechselwege für Aminosäuren sind die Proteinsynthese und der Aminosäureabbau, während die Zufuhr die De-novo-Synthese (für nicht-essentielle Aminosäuren), der Proteinabbau und die Nahrungsaufnahme sind. Änderungen in den Raten dieser Systeme führen zu einer Anpassung der Stickstoffbilanz. Zum Beispiel können die Aminosäure-Homöostase und der Proteinstoffwechsel als Reaktion auf Unterernährung (12,13) und/oder verschiedene Formen von Traumata wie Sepsis, Fieber, Verbrennungen usw. (14-19) gestört werden, mit zwei Hauptfolgen: einer großen Variation der Aminosäurekonzentration im Blut und einer negativen Stickstoffbilanz. In diesen Situationen müssen Individuen mehrere physiologische Funktionen anpassen, die an der Verteidigung und Anpassung an eine Aminosäurelimitierung beteiligt sind, indem sie zahlreiche Gene regulieren. Die spezifische Rolle von Aminosäuren bei der Anpassung an zwei verschiedene Aminosäure-defiziente Diäten wird betrachtet.

Protein-Unterernährung

Eine verlängerte Fütterung einer proteinarmen Diät führt zu einer Abnahme des Plasmaspiegels der meisten essentiellen Aminosäuren. Zum Beispiel können bei Kindern, die von Kwashiorkor betroffen sind, die Leucin- und Methioninkonzentrationen im Plasma von ~100-150 und 18-30 mM auf ~20 und 5 mM reduziert werden (13,20). Folglich müssen Individuen mehrere physiologische Funktionen anpassen, um sich an diesen Aminosäuremangel anzupassen. Sowohl bei Kindern als auch bei jungen Tieren ist die Hauptfolge einer proteinarmen Diät eine dramatische Wachstumshemmung. Straus et al. (21) zeigten, dass die Wachstumshemmung auf eine auffällige Überexpression von Insulin-like Growth Factor Binding Protein-1 (IGFBP-1) zurückzuführen war, das Insulin-like Growth Factors-1 und -2 bindet und deren mitogene und metabolische Eigenschaften moduliert (22). Laut Literatur (22) wird die IGFBP-1-Expression durch Wachstumshormon, Insulin oder Glukose reguliert. Die hohen IGFBP-1-Spiegel, die mit einer proteinarmen Diät verbunden sind, können jedoch nicht allein durch diese drei Faktoren erklärt werden. Es wurde gezeigt (21,23), dass eine Abnahme der Aminosäurekonzentration direkt für die IGFBP-1-Induktion verantwortlich ist. Daher trägt die Aminosäurelimitierung, wie sie bei diätetischem Proteinmangel auftritt, zur Herunterregulierung des Wachstums durch die Induktion der IGFBP-1-Expression bei.

Unausgewogene Ernährung

Da Säugetiere nicht alle Aminosäuren synthetisieren können, muss die Nahrung diejenigen liefern, die nicht synthetisiert werden können. So werden im Falle eines Mangels an einer der unentbehrlichen Aminosäuren die verbleibenden Aminosäuren katabolisiert und verloren, und Körperproteine werden abgebaut, um die limitierende Aminosäure bereitzustellen (24). Die Fähigkeit, zwischen ausgewogen und unausgewogen unter den Aminosäuren in der Nahrung zu unterscheiden und die wachstumsbegrenzende essentielle Aminosäure auszuwählen, bietet Tieren einen adaptiven Vorteil. Nach der Fütterung einer Aminosäure-unausgewogenen Diät erkennt ein Tier zunächst den Aminosäuremangel und entwickelt dann eine konditionierte Geschmacks-Aversion. Erkennung und Anorexie, die aus einer Aminosäure-unausgewogenen Diät resultieren, treten sehr schnell auf (25,26). Die Mechanismen, die der Erkennung der Proteinqualität zugrunde liegen, müssen durch die freien Aminosäuren wirken, die aus der intestinalen Verdauung von Proteinen resultieren.

Es wurde beobachtet, dass eine deutliche Abnahme der Blutkonzentration der limitierenden Aminosäure bereits wenige Stunden nach der Fütterung einer unausgewogenen Diät auftritt. Die anorektische Reaktion korreliert gut mit einer verminderten Konzentration der limitierenden Aminosäure im Plasma (27,28). Mehrere Beweise deuten darauf hin, dass die Abnahme der limitierenden Aminosäurekonzentration im Gehirn detektiert wird. Gietzens Labor zeigte, dass ein spezifischer Gehirnbereich, der anteriore pyriforme Kortex, die Aminosäurekonzentration erfassen kann [siehe (28) für eine Übersicht]. Diese Erkennungsphase ist mit lokalisierten Abnahmen der Konzentration der limitierenden Aminosäure und mit wichtigen Änderungen der Proteinsyntheserate und Genexpression verbunden. Nach der Erkennung des Mangels beinhaltet der zweite Schritt, die Entwicklung der Anorexie, einen anderen Teil des Gehirns (27).

Aminosäure-Kontrolle der Genexpression

Obwohl die molekularen Mechanismen, die an der Kontrolle der Genexpression durch Aminosäureverfügbarkeit beteiligt sind, bei Säugetieren gerade erst untersucht werden, wurden diese Mechanismen bei Hefen ausgiebig untersucht. Nach einer Zusammenfassung dieser Prozesse konzentrieren wir uns auf die Kontrolle der Genexpression in Säugetierzellen.

Kontrolle der Genexpression in Hefen.

In Hefen wurden mehrere Aminosäure-sensierende Systeme beschrieben (Abb. 1).

Spezifische Kontrollprozesse

Es ist gut dokumentiert (29), dass zahlreiche Operons durch die spezifischen Endprodukte der entsprechenden Enzyme reguliert werden. Ein kleines Effektormolekül kann den Übergang von transkriptionellen Aktivatoren von der inaktiven zur aktiven Form induzieren. Zum Beispiel wird die Leucinsynthese durch den transkriptionellen Aktivator Leu3p als Reaktion auf die Leucinverfügbarkeit kontrolliert. Leu3p wird durch die Konzentrationen des metabolischen Intermediats α-Isopropylmalat aktiviert, das als Sensor für die Leucinverfügbarkeit dient (30). Dieser Regulierungstyp wurde auch (31) für die Kontrolle des Aminosäurekatabolismus (zum Beispiel Prolin) beschrieben.

Allgemeiner Kontrollprozess

Der GCN2-Proteinkinase-Weg. Zusätzlich zur spezifischen Kontrolle verwenden Hefen einen allgemeinen Kontrollprozess, bei dem eine Untergruppe von Genen koordiniert durch den Mangel der Zelle an einer einzelnen Aminosäure induziert wird. Freie tRNA akkumulieren und stimulieren so die Aktivität der GCN2-Proteinkinase, die die α-Untereinheit des eukaryotischen Initiationsfaktors-2 (eIF2) phosphoryliert und wiederum die Synthese des 43S-Präinitiationskomplexes (Met-tRNAdGTPdeIF2) beeinträchtigt. Trotz der starken Hemmung der Proteinsynthese wird der Transkriptionsfaktor GCN4 translational hochreguliert. Diese Kontrolle ist auf die besondere Struktur der 59 untranslatierten Region (UTR) der GCN4-mRNA zurückzuführen. Infolgedessen induziert GCN4 etwa 30 verschiedene Gene, die an verschiedenen Biosynthesewegen beteiligt sind (32-34).

Der Rapamycin-Zielprotein-Signalweg.

Der Rapamycin-Zielprotein-Signalweg (TOR-Signalweg) wird durch die Aminosäureverfügbarkeit reguliert und ist an der Regulation mehrerer zellulärer Prozesse wie Translation, Transkription und Proteinabbau beteiligt (35). Die molekularen Mechanismen, die an der Aminosäurekontrolle der TOR-Aktivität beteiligt sind, müssen noch identifiziert werden.

Der Ssy1p d Ptr3p d Ssy5p Komplex.

Jüngste Fortschritte in unserem Verständnis der Nährstofferkennung zeigen, dass Hefezellen ein an der Plasmamembran lokalisiertes Aminosäure-Sensor-System besitzen, das Informationen über das Vorhandensein extrazellulärer Aminosäuren transduziert. Der primäre Aminosäure-Sensor ist ein multimärer Dreiprotein-Komplex, Ssy1pdPtr3pd Ssy5p (genannt SPS-Komplex). Die Ssy1p-Komponente ähnelt stark einer Aminosäure-Permease, einer Proteinfamilie, die normalerweise den Transport von Aminosäuren in eine Zelle katalysiert (36-38). Als Reaktion auf eine Änderung der Aminosäure-Verfügbarkeit wird ein komplexes Netzwerk regulatorischer Prozesse durch Ssy1p aktiviert, um die Expression von Zielgenen zu modifizieren. Der SPS-Komplex ist für die Induktion einer Reihe von Zielgenen (BAP3, TAT2, CHA1 usw.) durch Aminosäuren erforderlich und auch für die Aminosäure-Repression einer weiteren Reihe von Zielgenen (DAL4, MET3, MMP1 usw.) (39).

Kontrolle der Genexpression in Säugetierzellen.

Durch Aminosäuren hochregulierte Gene. Es wurden Gene beschrieben, die spezifisch als Reaktion auf supraphysiologische Aminosäurekonzentrationen hochreguliert werden. Zum Beispiel erhöht eine hohe Konzentration von L-Tryptophan die Expression von Kollagenase und Gewebeinhibitoren der Metalloproteinasen. In Rattenhepatozyten stimulieren Na1-co-transportierte Aminosäuren wie Glutamin, Alanin und Prolin die Aktivität von Acetyl-Coenzym A-Carboxylase, Glykogensynthase und Argininbernsteinsäure-Synthase. Es wurde gezeigt (40-42), dass die durch die Zugabe von Aminosäuren verursachte Zellschwellung an der Regulation der Genexpression beteiligt sein könnte; die molekularen Mechanismen, die an diesen Prozessen beteiligt sind, sind jedoch schlecht verstanden. Durch Aminosäure-Mangel hochregulierte Gene. In Säugetierzellen wurden einige Beispiele spezifischer mRNA berichtet, die nach Aminosäure-Deprivation induziert werden (43). Die meisten molekularen Mechanismen, die an der Aminosäure-Regulation der Genexpression beteiligt sind, wurden durch die Untersuchung der Hochregulierung des CCAAT/Enhancer-bindenden Protein (C/EBP) homologen Proteins (CHOP), der Asparagin-Synthase (AS) und der kationischen Aminosäure-Transporter (Cat-1)-Gene gewonnen.

Molekulare Mechanismen, die an der Regulation der Genexpression durch Aminosäurelimitierung beteiligt sind

Die Aminosäureregulation der meisten Aminosäure-regulierten Gene weist sowohl transkriptionelle als auch/oder posttranskriptionelle Komponenten auf (44-46).

Posttranskriptionelle Regulation der Genexpression durch Aminosäureverfügbarkeit.

Kürzlich wurde gezeigt, dass die Translationsrate spezifischer Gene durch die Aminosäureverfügbarkeit reguliert werden kann. Hatzoglou und Mitarbeiter haben nachgewiesen, dass Aminosäuremangel molekulare Ereignisse auslöst, die spezifisch die Translation des Cat-1-Gens aktivieren. Sie haben die Anwesenheit einer internen Ribosomen-Eintrittsstelle (IRES) gezeigt, die sich innerhalb der 59 UTR der Cat-1-mRNA befindet. Diese IRES ist an der Aminosäurekontrolle der Translation des Cat-1-Transkripts beteiligt (47,48). Unter Bedingungen des Aminosäuremangels wird die Translation von dieser IRES stimuliert, während die Cap-abhängige Proteinsynthese verringert ist. Ein weiteres Beispiel für die durch Aminosäuremangel induzierte Translation wurde (49) für die verzweigtkettige α-Ketosäure-Dehydrogenase-Kinase berichtet, aber der Mechanismus der Translationskontrolle wurde nicht untersucht. Dieser Mechanismus der kompensatorischen Reaktion ermöglicht die Translation von Hauptproteinen trotz der Hemmung des Cap-abhängigen Translationsapparats.

Transkriptionelle Aktivierung von Säugetiergenen durch Aminosäuremangel.

Es wurde festgestellt, dass der Anstieg von CHOP- oder AS-mRNA nach Aminosäuremangel hauptsächlich auf eine erhöhte Transkription zurückzuführen ist (44,50). Durch die Identifizierung der genomischen cis-Elemente und dann der entsprechenden Transkriptionsfaktoren, die für die Regulation dieser spezifischen Zielgene verantwortlich sind, wird erwartet, dass man die einzelnen Schritte der Signaltransduktionskette rückwärts verfolgen kann, um sie zu verstehen.

Regulation des menschlichen CHOP-Gens durch Aminosäuremangel.

CHOP kodiert für einen ubiquitären Transkriptionsfaktor, der avid mit den anderen Mitgliedern der C/EBP (51) und Jun/Fos (52) Familien heterodimerisiert. Das CHOP-Gen wird durch eine Vielzahl von Stressfaktoren in Säugetierzellen streng reguliert (53-55). Leucin-Limitierung in menschlichen Zelllinien führt zur Induktion von CHOP-mRNA und -Protein in dosisabhängiger Weise (43). Wir haben (56) im CHOP-Promoter ein cis-positives Element identifiziert, das zwischen 2313 und 2295 liegt und für die Aminosäure-Regulation des CHOP-Promoters essentiell ist (Abb. 2). Diese kurze Sequenz kann einen basalen Promoter als Reaktion auf den Mangel mehrerer einzelner Aminosäuren regulieren und kann daher als Aminosäure-regulierendes Element (AARE) bezeichnet werden.

Die Sequenz der CHOP-AARE-Region zeigt einige Homologie mit den spezifischen Bindungsstellen der C/EBP- und aktivierenden Transkriptionsfaktor (ATF)/zyklisches Adenosin 59 Monophosphat-Response-Element-bindende Protein-Transkriptionsfaktor-Familien. Wir haben gezeigt, dass viele Transkriptionsfaktoren, die zur ATF- oder C/EBP-Familie gehören, in vitro an die CHOP-AARE binden können. Unter diesen Faktoren sind mindestens ATF-2 und -4 an der Aminosäure-Kontrolle der CHOP-Expression beteiligt: Als Knockout-Zelllinien für diese beiden Proteine getestet wurden, wurde die Aminosäure-Regulation der CHOP-Expression aufgehoben (56; J. Averous, unveröffentlichte Daten). Diese Arbeit wurde auf die Regulation anderer Aminosäure-regulierter Gene ausgedehnt und bestätigt, dass ATF-2 und -4 Schlüsselkomponenten der Aminosäure-Kontrolle der Genexpression sind (J. Averous, unveröffentlichte Daten).

Regulierung von AS durch Aminosäureverfügbarkeit.

AS wird in den meisten Säugetierzellen als „Housekeeping-Enzym“ exprimiert, das für die Biosynthese von Asparagin aus Aspartat und Glutamin verantwortlich ist (57). Die AS-mRNA-Spiegel steigen nicht nur als Reaktion auf Asparaginmangel an, sondern auch nach Deprivation von Leucin, Isoleucin oder Glutamin (45,50,58). Kilbergs Gruppe (59) hat die Regulation des AS-Promoters durch Aminosäureverfügbarkeit analysiert. Sie haben (Abb. 2) eine nährstoffsensorische Regulationseinheit charakterisiert, die zwei cis-wirkende Elemente, sogenannte Nährstoffsensor-Response-Elemente (NSRE-1 und -2), umfasst, die erforderlich sind, um die AS-Expressionshöhe entweder durch Aminosäuremangel oder die ER-Stressreaktion (ER) zu induzieren.

Gel-Shift-Experimente und Überexpression von dominant-negativen 2042S-SUPPLEMENT-Mutanten legen nahe, dass die Aktivierung des AS-Gens durch Aminosäurelimitierung oder ER-Stressreaktion eine ATF-4- und C/EBP-b-Bindung an die NSRE-1-Stelle beinhaltet (60,61). Der Vergleich zwischen CHOP- und AS-Transkriptionskontrollelementen zeigt, dass AS NSRE-1 und CHOP AARE Nukleotidsequenzen und funktionelle Ähnlichkeiten teilen (Abb. 2A). Die CHOP AARE kann jedoch allein funktionieren, während AS NSRE-1 selbst funktionell schwach ist und die Anwesenheit von NSRE-2 erfordert (62). Die AS NSRE-2 hat zwei Eigenschaften: 1) Sie verstärkt die NSRE-1-Aktivität als Reaktion auf Aminosäuremangel und 2) sie vermittelt eine Reaktion auf ER-Stress. Zum Beispiel kann sie, wenn sie stromabwärts der CHOP AARE kloniert wird, der CHOP AARE eine ER-Stressreaktivität verleihen.

Aminosäure-Signalweg.

Es scheint, dass Säugetierzellen mehr als einen Aminosäure-Signalweg haben, der unabhängig vom ER-Stressweg ist (63,64). Die einzelnen Schritte, die für diese Wege erforderlich sind, sind jedoch nicht gut verstanden.

ATF-4 und Aminosäure-Signalwege.

Die Gruppe von Ron hat einen Signalweg zur Regulierung der Genexpression bei Säugetieren aufgedeckt, der homolog zur gut charakterisierten allgemeinen Kontrollantwort von Hefe auf Aminosäuremangel ist (65). Seine Komponenten umfassen (Abb. 3) das Säugetierhomolog der GCN2-Kinase, eIF2a und ATF-4. Wie das GCN4-Transkript enthält die ATF-4-mRNA einen upstream offenen Leserahmen in ihrer 59 UTR, der die Translation ermöglicht, wenn die Cap-abhängige Translation gehemmt ist. Die Autoren zeigten, dass die GCN2-Aktivierung, die Phosphorylierung von eIF2a und die translationale Aktivierung von ATF-4 notwendig, aber nicht ausreichend für die Induktion der CHOP-Expression als Reaktion auf Leucinmangel sind (siehe Abb. 2). Diese Daten stimmen gut mit der Analyse des CHOP- und AS-Promoters überein, die zeigt, dass ATF-4 an die Promotersequenzen binden kann, die an der Reaktion auf Aminosäuremangel beteiligt sind.

ATF-2 und Aminosäure-Signalwege.

Die transaktivierende Kapazität von ATF-2 wird durch Phosphorylierung der N-terminalen Reste Thr-69, Thr-71 und Ser-90 aktiviert (66,67). Es gibt zwei Hinweise, die darauf hindeuten, dass die ATF-2-Phosphorylierung zum Aminosäure-Antwortweg gehört, der zur transkriptionellen Aktivierung von CHOP durch Aminosäuren führt: 1) Leucinmangel induziert die ATF-2-Phosphorylierung in menschlichen Zelllinien (J. Averous, persönliche Mitteilung); und 2) ein dominant-negativer ATF-2-Mutant (68), bei dem die drei Reste nicht phosphoryliert werden können, hemmt die durch Leucinmangel verstärkte CHOP-Promoteraktivität. Diese Daten deuten darauf hin, dass ein spezifischer Aminosäure-regulierter Weg, der zur transkriptionellen Aktivierung von CHOP führt, eine Phosphorylierung von bereits gebundenem ATF-2 beinhalten könnte und nicht eine Zunahme der ATF-2-Bindung. Die Identität der an der ATF-2-Phosphorylierung durch Aminosäuremangel beteiligten Kinasen muss jedoch noch entdeckt werden (siehe Abb. 3).

Es scheint, dass mindestens zwei verschiedene Wege, die zur ATF-2-Phosphorylierung und ATF-4-Expression führen, notwendig sind, um die CHOP-Expression als Reaktion auf einen Reiz (Aminosäuremangel) zu induzieren. Darüber hinaus gehören ATF-2 und -4 zur Familie der Transkriptionsfaktoren mit grundlegendem Leucin-Zipper. Diese Proteine können mit mehreren Transkriptionsfaktoren interagieren, um die Ziel-DNA-Sequenz zu binden. Im Falle der Aminosäureregulation der CHOP-Expression haben wir keine Hinweise darauf, dass ATF-2 und -4 ein Dimer bilden, das die AARE-Sequenz bindet, aber sie könnten in einem größeren regulatorischen Proteinkomplex enthalten sein. Es wurde zum Beispiel gezeigt (69), dass ATF-2 mit mindestens zwei Transkriptionsfaktoren (CP1 und NF1) in einem großen Proteinkomplex interagiert, um die Transkription des Fibronektin-Gens zu regulieren.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Idee, dass Aminosäuren die Genexpression regulieren können, gut etabliert ist. Aminosäuren selbst können im Zusammenspiel mit Hormonen eine wichtige Rolle bei der Steuerung der Genexpression spielen; die zugrundeliegenden Prozesse haben jedoch gerade erst begonnen, entdeckt zu werden. Die Verfügbarkeit von Aminosäuren kann die Expression von Zielgenen auf der Ebene der Transkription, der mRNA-Stabilität und der Translation modifizieren. Die Definition der präzisen Kaskade molekularer Ereignisse, durch die die zelluläre Konzentration einer einzelnen Aminosäure die Genexpression reguliert, wird einen wichtigen Beitrag zu unserem Verständnis der Metabolitenkontrolle in Säugetierzellen leisten. Diese Studien werden Einblicke in die Rolle von Aminosäuren bei der Regulation zellulärer Funktionen wie Zellteilung, Proteinsynthese oder Proteolyse geben.

FUSSNOTEN

Vortrag auf der Konferenz „The Second Workshop on the Assessment of Adequate Intake of Dietary Amino Acids“, die vom 31. Oktober bis 1. November 2002 in Honolulu, Hawaii, stattfand. Die Konferenz wurde vom International Council on Amino Acid Science gesponsert. Das Workshop-Organisationskomitee umfasste Vernon R. Young, Yuzo Hayashi, Luc Cynober und Motoni Kadowaki. Die Konferenzberichte wurden in einem Supplement zu The Journal of Nutrition veröffentlicht. Gastredakteure der Supplement-Veröffentlichung waren Dennis M. Bier, Luc Cynober, Yuzo Hayashi und Motoni Kadowaki.

Verwendete Abkürzungen: AARE, Amino Acid Regulatory Element; AS, Asparagin-Synthetase; ATF, Activating Transcription Factor; Cat-1, Cationic Amino Acid Transporter-1; C/EBP, CCAAT/Enhancer Binding Protein; CHOP, C/EBP Homologous Protein; eIF2, Eukaryotic Initiation Factor-2; ER, Endoplasmatisches Retikulum; ERSE, ER Stress Response Element; GCN, General Control Nondepressible Protein Kinase; IGFBP-1, Insulin-Like Growth Factor Binding Protein-1; IRES, Internal Ribosome Entry Site; mTOR, Mammalian Target of Rapamycin; NSRE-1 und NSRE-2, Nutrient-Sensing Response Elements-1 und -2; SPS, Ssy1p-Ptr3p-Ssy5p Complex; UTR, Unübersetzte Region.

Die folgenden Abkürzungen beziehen sich auf in Hefe exprimierte Gene: Ssy1p, Ssy5p, Ptr3p, BAP3, TAT2, CHA1, DAL4, MET3 und MMP1. Die Bedeutung dieser Abkürzungen steht in keinem Zusammenhang mit der Funktion des kodierten Proteins.

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