SLIMP: a mitochondrial protein involved in cell cycle regulation

Abstract

SLIMP (Seryl-tRNA Synthetase-Like Insect Mitochondrial Protein) was identified during the generation of a mitochondrial human disease fly model. SLIMP was described as a previously uncharacterized paralog of the Drosophila mitochondrial seryl-tRNA synthetase (SerRS2), which became an essential protein, universally distributed in insects, echinoderms, and molluscs. Notably, SLIMP constitutes an aaRS-like protein that can bind to tRNAs, but it has lost the aminoacylation activity (Guitart, Bernardo, Sagalés, et al., 2010). Interestingly, we recently reported that SLIMP plays an essential role in the mitochondria by simultaneously regulating the mitochondrial protein synthesis and mtDNA copy number through interacting with SerRS2 and LON, respectively (Picchioni, Antolin-Fontes, et al., 2019).

On the other hand, two reported studies pointed to SLIMP as an essential cell cycle regulator (Ambrus et al., 2009; Liang et al., 2014). Previous experiments in our group showed a G2 accumulation phenotype in SLIMP-KD cells, which can be rescued by overexpressing SLIMP without the mitochondria-targeting signal. Additionally, transcriptional upregulation of a core set of E2F1-target genes was detected upon SLIMP depletion. All these data point to a cell cycle-related role of SLIMP, potentially carried out from outside the organelle.

Interestingly, here we first experimentally characterized the SLIMP MSP and proved that it is essential for driving the protein into the organelle. Moreover, we discovered an extra-mitochondrial population of SLIMP potentially shuttling between the cytosol and the nucleus, presumably in charge of the cell cycle role of SLIMP. Furthermore, our results suggest a role of SLIMP repressing the transition from the G1 to S phase during the cell cycle progression in an E2F1-independent pathway. Finally, interestingly, we demonstrate that the CDK1-P levels are increased upon SLIMP depletion, suggesting an activation of the G2/M checkpoint.

In balance, the data presented in this thesis reinforces the idea of SLIMP playing a non-canonical function outside the mitochondria regulating the cell cycle progression near the R point. Thus, SLIMP would represent a single molecule at the crossroad between the mitochondrial homeostasis and cell cycle regulation.

SLIMP (Seryl-tRNA Synthetase-Like Insect Mitochondrial Protein) es va identificar com un paraleg prèviament desconegut de la seril-tRNA sintetasa mitocondrial de Drosòfila (SerRS2), durant la generació d’un model de malaltia mitocondrial humana. Segurament SLIMP és fruit d’una duplicació gènica a la base dels animals i s’ha convertit en una proteïna essencial i universalment distribuïda en artròpodes, mol·luscs i equinoderms. A més, SLIMP ha perdut l’activitat aminoaciladora, tot i que encara conserva la capacitat d’unir-se a ARNs de transferència (Guitart, Bernardo, Sagalés, et al., 2010). El nostre laboratori ha demostrat recentment que SLIMP desenvolupa una funció clau a la mitocòndria, regulant simultàniament la traducció gènica a l’orgànul i el número de copies de ADN mitocondrial, a traves de la interacció amb SerRS2 i LON respectivament (Picchioni, Antolin-Fontes, et al., 2019).

D’altre banda, dos estudis publicats en els últims anys vinculen SLIMP amb la regulació del cicle cel·lular (Ambrus et al., 2009; Liang et al., 2014). En aquest sentit, experiments prèviament realitzats al grup demostren que quan els nivells d’SLIMP baixen, les cèl·lules s’acumulen en la fase G2 del cicle. Curiosament, aquest fenotip es pot revertir sobre-expressant un forma truncada d’SLIIMP que no pot entrar a la mitocòndria. A més, en aquestes condicions, també s’observa una pujada a nivell transcripcional d’alguns gens regulats per E2F1. Conjuntament aquestes dades apunten a una possible funció d’SLIMP relacionada amb la regulació del cicle cel·lular potencialment portada a terme des de fora de la mitocòndria.

En aquesta tesi, nosaltres, primer determinem la seqüència del pèptid senyal mitocondrial d’SLIMP experimentalment, i demostrem que es essencial i suficient per dirigir la proteïna cap a l’orgànul. A més, detectem una petita població d’SLIMP fora de la mitocòndria, present tant en el nucli com en el citoplasma. És important remarcar, que varis experiments presentats en aquesta tesi suggereixen que SLIMP estaria reprimint la progressió del cicle cel·lular a nivell de la transició G1-S, mitjançant un mecanisme alternatiu a E2F1. Finalment, demostrem que els nivells de CDK1-P son mes elevats en les cèl·lules que els hi manca SLIMP, cosa que indica una activació del punt de control de G2/M i que podria explicar la acumulació en G2 observada en aquestes cèl·lules.

En conjunt les dades presentades en aquesta tesi, reforcen la idea que SLIMP desenvolupa una funció no canònica des de fora de la mitocòndria, reprimint l’entrada en la fase S del cicle cel·lular. Per tant, SLIMP representaria una molècula que vincula directament la homeòstasi mitocondrial i la regulació del cicle cel·lular.