It has long been thought that glucocorticoid receptor (GR) functions as a DNA-binding transcription factor in response to its ligand (a glucocorticoid) and thus regulates various cellular and physiological processes. It is also known that GR can bind not only to DNA but also to mRNA; this observation points to the possible role of GR in mRNA metabolism. Recent data revealed a molecular mechanism by which binding of GR to target mRNA elicits rapid mRNA degradation. GR binds to specific RNA sequences regardless of the presence of a ligand. In the presence of a ligand, however, the mRNA-associated GR can recruit PNRC2 and UPF1, both of which are specific factors involved in nonsense-mediated mRNA decay (NMD). PNRC2 then recruits the decapping complex, consequently promoting mRNA degradation. This mode of mRNA decay is termed "GR-mediated mRNA decay" (GMD). Further research demonstrated that GMD plays a critical role in chemotaxis of immune cells by targeting CCL2 mRNA. All these observations provide molecular insights into a previously unappreciated function of GR in posttranscriptional regulation of gene expression. [BMB Reports 2015; 48(7): 367-368]
Mammalian-cell messenger RNAs (mRNAs) are generated in the nucleus from precursor RNAs (pre-mRNAs, which often contain one or more introns) that are complexed with an array of incompletely inventoried proteins. During their biogenesis, pre-mRNAs and their derivative mRNAs are subject to extensive cis-modifications. These modifications promote the binding of distinct polypeptides that mediate a diverse array of functions needed for mRNA metabolism, including nuclear export, inspection by the nonsense-mediated mRNA decay (NMD) quality-control machinery, and synthesis of the encoded protein product. Ribonucleoprotein complex (RNP) remodeling through the loss and gain of protein constituents before and after pre-mRNA splicing, during mRNA export, and within the cytoplasm facilitates NMD, ensuring integrity of the transcriptome. Here we review the mRNP rearrangements that culminate in detection and elimination of faulty transcripts by mammalian-cell NMD.
The proper maintenance of mRNA quality that is regulated by diverse surveillance pathways is essential for cellular homeostasis and is highly conserved among eukaryotes. Here, we review findings regarding the role of mRNA quality control in the aging and longevity of Caenorhabditis elegans, an outstanding model for aging research. We discuss the recently discovered functions of the proper regulation of nonsense-mediated mRNA decay, ribosome-associated quality control, and mRNA splicing in the aging of C. elegans. We describe how mRNA quality control contributes to longevity conferred by various regimens, including inhibition of insulin/insulin-like growth factor 1 (IGF-1) signaling, dietary restriction, and reduced mechanistic target of rapamycin signaling. This review provides valuable information regarding the relationship between the mRNA quality control and aging in C. elegans, which may lead to insights into healthy longevity in complex organisms, including humans.
Nonsense-mediated mRNA decay (NMD) is a surveillance mechanism ensuring the fast decay of mRNAs harboring a premature termination codon (PTC). As a quality control mechanism, NMD distinguishes PTCs from normal termination codons in order to degrade PTC-carrying mRNAs only. For this, NMD is connected to various other cell processes which regulate or activate it under specific cell conditions or in response to mutations, mis-regulations, stresses, or particular cell programs. These cell processes and their connections with NMD are the focus of this review, which aims both to illustrate the complexity of the NMD mechanism and its regulation and to highlight the cellular consequences of NMD inhibition.
It has been shown that CA repeats in the 3'-untranslated region (UTR) of bcl-2 mRNA contribute the constitutive decay of bcl-2 mRNA and that hnRNP L (heterogenous nuclear ribonucleoprotein L) interacts with CA repeats in the 3'-UTR of bcl-2 mRNA, both in vitro and in vivo. The aim of this study was to determine whether the alteration of hnRNP L affects the stability of bcl-2 mRNA in vivo. Human breast carcinoma MCF-7 cells were transfected with hnRNP L-specific shRNA or hnRNP L-expressing vector to decrease or increase hnRNP L levels, respectively, followed by an actinomycin D chase. An RT-PCR analysis showed that the rate of degradation of endogenous bcl-2 mRNA was not affected by the decrease or increase in the hnRNP L levels. Furthermore, during apoptosis or autophagy, in which bcl-2 expression has been reported to decrease, no difference in the degradation of bcl-2 mRNA was observed between control and hnRNP L-knock down MCF-7 Cells. On the other hand, the levels of AUF-1 and nucleolin, transacting factors for ARE in the 3'UTR of bcl-2 mRNA, were not significantly affected by the decrease in hnRNP L, suggesting that a disturbance in the quantitative balance between these transacting factors is not likely to interfere with the effect of hnRNP L. Collectively, the findings indicate that the decay of bcl-2 mRNA does not appear to be directly controlled by hnRNP L in vivo.
Proper maintenance of biological components is crucial for longevity and healthy aging. Although the role of homeostatic maintenance systems for DNA and protein in longevity is established, it remains largely unknown for RNA. In our recent work, we show that nonsense-mediated mRNA decay (NMD) promotes longevity in the roundworm C. elegans by enhancing RNA quality control. We find that the activity of NMD decreases during aging, raising the possibility that RNA quality declines in old animals. We then show that key components of NMD complex are required for prolonged lifespan in C. elegans. In addition, animals with reduced insulin/insulin-like growth factor-1 (IGF-1) signaling (IIS), a representative longevity model, display increased NMD activity. Thus, up-regulation of NMD appears to play crucial roles in longevity conferred by reduced IIS via enhancing mRNA quality control. As both IIS and NMD pathways are evolutionarily conserved, mammals including humans may be equipped with similar RNA quality control systems to achieve longevity.
Kim, Songhee H.;Vieira, Melissa;Kim, Hye-Jin;Kesawat, Mahipal Singh;Park, Hye Yoon
Molecules and Cells
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v.42
no.4
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pp.356-362
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2019
The binding of MS2 bacteriophage coat protein (MCP) to MS2 binding site (MBS) RNA stem-loop sequences has been widely used to label mRNA for live-cell imaging at single-molecule resolution. However, concerns have been raised recently from studies with budding yeast showing aberrant mRNA metabolism following the MS2-GFP labeling. To investigate the degradation pattern of MS2-GFP-labeled mRNA in mammalian cells and tissues, we used Northern blot analysis of ${\beta}$-actin mRNA extracted from the Actb-MBS knock-in and $MBS{\times}MCP$ hybrid mouse models. In the immortalized mouse embryonic cell lines and various organ tissues derived from the mouse models, we found no noticeable accumulation of decay products of ${\beta}$-actin mRNA compared with the wild-type mice. Our results suggest that accumulation of MBS RNA decay fragments does not always happen depending on the mRNA species and the model organisms used.
Nonsense-mediated mRNA decay (NMD) is both a quality control mechanism and a gene regulation pathway. It has been studied for more than 30 years, with an accumulation of many mechanistic details that have often led to debate and hence to different models of NMD activation, particularly in higher eukaryotes. Two models seem to be opposed, since the first requires intervention of the exon junction complex (EJC) to recruit NMD factors downstream of the premature termination codon (PTC), whereas the second involves an EJC-independent mechanism in which NMD factors concentrate in the 3'UTR to initiate NMD in the presence of a PTC. In this review we describe both models, giving recent molecular details and providing experimental arguments supporting one or the other model. In the end it is certainly possible to imagine that these two mechanisms co-exist, rather than viewing them as mutually exclusive.
Antisense oligonucleotide (ASO) technology has become an attractive therapeutic modality for various diseases, including Mendelian disorders. ASOs can modulate the expression of a target gene by promoting mRNA degradation or changing pre-mRNA splicing, nonsense-mediated mRNA decay, or translation. Advances in medicinal chemistry and a deeper understanding of post-transcriptional mechanisms have led to the approval of several ASO drugs for diseases that had long lacked therapeutic options. For instance, an ASO drug called nusinersen became the first approved drug for spinal muscular atrophy, improving survival and the overall disease course. Mutations in the cystic fibrosis transmembrane conductance regulator (CFTR) gene cause cystic fibrosis (CF). Although Trikafta and other CFTR-modulation therapies benefit most CF patients, there is a significant unmet therapeutic need for a subset of CF patients. In this review, we introduce ASO therapies and their mechanisms of action, describe the opportunities and challenges for ASO therapeutics for CF, and discuss the current state and prospects of ASO therapies for CF.
mRNA quality is controlled by multiple RNA surveillance machineries to reduce errors during gene expression processes in eukaryotic cells. Nonsense-mediated mRNA decay (NMD) is a well-characterized mechanism that degrades error-containing transcripts during translation. The ATP-dependent RNA helicase up-frameshift 1 (UPF1) is a key player in NMD that is mostly prevalent in the cytoplasm. However, recent studies on UPF1-RNA interaction suggest more comprehensive roles of UPF1 on diverse forms of target transcripts. Here we used subcellular fractionation and immunofluorescence to understand such complex functions of UPF1. We demonstrated that UPF1 can be localized to the nucleus and predominantly associated with the chromatin. Moreover, we showed that UPF1 associates more strongly with the chromatin when the transcription elongation and translation inhibitors were used. These findings suggest a novel role of UPF1 in transcription elongation-coupled RNA machinery in the chromatin, as well as in translation-coupled NMD in the cytoplasm. Thus, we propose that cytoplasmic UPF1-centric RNA surveillance mechanism could be extended further up to the chromatin-associated UPF1 and co-transcriptional RNA surveillance. Our findings could provide the mechanistic insights on extensive regulatory roles of UPF1 for many cellular RNAs.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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