Investigation into the role of non-canonical translation initiation factors in nervous tissue.

• Thesis title in Czech: Studium role nekanonických translačních iniciačních faktorů v nervové tkáni.
• Thesis title in English: Investigation into the role of non-canonical translation initiation factors in nervous tissue.
• Key words: eIF4E, iniciace translace, nervová tkáň
• English key words: eIF4E, translation initiation, nervous tissue
• Academic year of topic announcement: 2024/2025
• Thesis type: dissertation
• Thesis language: angličtina
• Department: Department of Genetics and Microbiology (31-140)
• Supervisor: RNDr. Martin Pospíšek, Ph.D.
• Author: hidden - assigned and confirmed by the Study Dept.
• Date of registration: 08.04.2025
• Date of assignment: 08.04.2025
• Confirmed by Study dept. on: 29.04.2025

Preliminary scope of work

Lidské buňky obsahují tři izoformy proteinu eIF4E kódované samostatnými geny. Každá z nich je schopna vázat se na 5' čepičku mRNA a existuje v několika variantách, které jsou výsledkem alternativního sestřihu mRNA. Všechny izoformy eIF4E hrají důležitou roli v ontogenetickém vývoji, rakovině, buněčné odpovědi na stres a při virové infekci. Buněčná hladina a aktivita kanonického faktoru eIF4E1 jsou přísně regulovány kinázami mTOR a Mnk. Nadměrná exprese eIF4E1 může vést k buněčné transformaci a skutečně až jedna třetina lidských
nádorů vykazuje zvýšení hladiny eIF4E1. Nekanonický eIF4E2 je kromě své dobře známé úlohy při umlčování mRNA a při translaci v hypoxii jedním z proteinů, jejichž deregulace je charakteristická pro metastázy. Naproti tomu eIF4E3 byl popsán jako nádorový supresor.

Delece genů kódujících eIF4E2 a jednoho z jeho hlavních vazebných partnerů GIGYF2 vedou u myší k okamžité postnatální letalitě. Jedním z nejvíce postižených orgánů u myší s EIF4E2 KO je mozek. Množství eIF4E2 se postupně zvyšuje v mozkové kůře, hipokampu a mozečku od konce embryonálního stádia až do nejméně čtyř měsíců postnatálního vývoje myší. Konkrétně je eIF4E2 přítomen v neuronech, zatímco v ostatních buněčných typech mozkové tkáně není přítomen nebo se vyskytuje pouze v nízké koncentraci. Mutace v GYGIF2 jsou asociovány s různými neurologickými poruchami včetně Parkinsonovy choroby a poruch autistického spektra. Podmíněná delece genu EIF4E2 v myších excitačních neuronech s pozitivním CaMKIIα vede ke zhoršení krátkodobé pracovní paměti. Všechny tyto i další publikované údaje poukazují na význam genu eIF4E2 pro vývoj a funkci mozku.

Cílem navrhovaného projektu je použít pokročilé chromatografické metody a metody pull-down s následnou LC-MS k purifikaci, analýze a charakterizaci aktivních proteinových komplexů, v nichž se eIF4E2 vyskytuje v neuronech a případně i v dalších typech buněk mozkové tkáně.

Preliminary scope of work in English

Human cells contain three eIF4E protein isoforms encoded by separate genes. Each is capable of binding to the 5’ mRNA cap and exists in several variants resulting from alternative mRNA splicing. All eIF4E isoforms play important roles in development, cancer, cellular response to stress and virus infection. Cellular level and activity of the canonical eIF4E1 are tightly regulated by mTOR and Mnk kinases. Overexpression of eIF4E1 can lead to cellular transformation and indeed up to one third of human cancers show an increase in eIF4E1
levels. In addition to its well-recognized role in mRNA silencing and translation in hypoxia, the non-canonical eIF4E2 is one of the proteins whose deregulation creates part of the signature of metastatic cells. In contrast, eIF4E3 has been proposed to act as a tumor suppressor protein.
Deletions of genes coding for eIF4E2 and one of its major binding partners GIGYF2 lead to the immediate postnatal lethality in mice. Brain is one of the most affected organs in EIF4E2 KO mouse. The eIF4E2 abundance gradually increases in brain cortex, hippocampus and cerebellum from the end of the embryonic stage until at least four months of the postnatal development in mice. Specifically, eIF4E2 is present in neurons, while it is not present or exists in low concentration only in non-neuronal cells. Mutations in GYGIF2 were linked to various neurological disorders including Parkinson’s disease and autism spectrum disorders. Conditional deletion of EIF4E2 gene in mouse CaMKIIα-positive excitatory neurons led to the impairment of the short-term working memory. All these as well as other published data point to the importance of eIF4E2 in brain development and function.
The aim of the proposed project is to use advanced chromatography and pull-down methods followed by LC-MS to purify, analyze and characterize active protein complexes in which eIF4E2 occurs in neurons and possibly also other brain-specific cell types.