Mitochondrial and cell cycle functions of SLIMP

Abstract

The mitochondrial Seryl-tRNA Synthetase (SerRS2) is a member of the class II tRNA synthetase family. The mature enzyme catalyses the ligation of serine to tRNASer in mitochondria. During the process of constructing a model for human disorders caused by mitochondrial tRNA aminoacylation deficiencies in Drosophila melanogaster, a previously uncharacterized paralogue of SerRS2 named Seryl-tRNA synthetase-Like Insect Mitochondrial Protein (SLIMP) was identified. SLIMP is a new type of aminoacyl tRNA synthetase-like protein that has acquired an essential function in insects. This fast evolving paralogue is a mitochondrial RNA-binding protein which lacks tRNA aminoacylation activity. It has been previously demonstrated that mitochondrial SLIMP interacts with its homologue SerRS2 and also with LON protease. We confirmed these interactions and we described the function of SLIMP by depleting its protein levels in Drosophila melanogaster S2 cells, which led to severe defects in mitochondrial function and cell cycle arrest. We found that SLIMP simultaneously acts as a regulator of DNA replication and translation in the mitochondria and, as regulator of cell cycle progression. We show that SLIMP activates mitochondrial protein synthesis through its interaction with SerRS2 and regulates mitochondrial DNA levels by stimulating TFAM digestion by the protease LON. SLIMP was previously reported to be required for correct cell cycle progression. We showed that the depletion of a non-mitochondrial pool of SLIMP causes cell cycle arrest in G2 and the activation of E2F-related and G2/M check-point genes. Our results indicate that SLIMP activity provides an important protein for the communication between mitochondrial anabolism and cell cycle regulation.

La Seril-ARNt Sintetasa mitocondrial (SerRS2) és membre de la família de ARNt sintetases de classe II. Aquest enzim es responsable de la lligació de l’aminoàcid serina al corresponent ARNtSer a la mitocòndria. En el procés de desenvolupament d’un model de malalties mitocondrials causades per deficiències en l’aminoacilació de ARNt en Drosophila melanogaster, es descobrí una proteïna paràleg de SerRS2 no caracteritzada fins el moment, anomenada Seril-ARNt sintetasa-Like Insect Mitochondrial Protein (SLIMP). SLIMP representa una nova classe de proteïna semblant a les ARNt sintetases que ha adquirit funcions essencials en insectes. Aquest paràleg ha evolucionat en poc temps i constitueix una proteïna amb unió a ARN però sense capacitat d’aminoacilació. Prèviament s’havia caracteritzat que SLIMP interacciona amb el seu homòleg SerRS2 i també amb la proteasa mitocondrial LON. Ara hem confirmat aquestes interaccions i hem descrit les funcions de SLIMP, caracteritzant l’efecte de la depleció dels seus nivells proteics en cèl·lules S2 de Drosophila melanogaster, que comportà severs defectes mitocondrials i un arrest del cicle cel·lular. Hem definit que SLIMP actua simultàniament com un regulador de la replicació del ADN i la traducció a la mitocòndria i, com a regulador de la progressió del cicle cel·lular. SLIMP activa la síntesis proteica mitocondrial gràcies a la interacció amb SerRS2, i a més regula els nivells de ADN mitocondrial, estimulant la degradació de TFAM per la proteasa LON. Anteriorment, es descrigué que SLIMP és necessari per la correcta progressió del cicle cel·lular. Hem trobat que la depleció d’una isoforma no mitocondrial de SLIMP arresta el cicle cel·lular en la fase G2 i activa la transcripció de gens relacionats amb E2F i amb el punt de control de G2/M. Aquests resultats indiquen la important tasca de SLIMP per la comunicació entre l’anabolisme mitocondrial i la regulació del cicle cel·lular.