Nucleo-cytoplasmic transport of TIS11 proteins and stress granule assembly: two potential new roles for Transportins

Many RNA-binding proteins (RBPs) shuttle between the nucleus and the cytoplasm, where they can often fulfill different functions. RBPs also frequently localize into specialized microdomains that are not delimited by a membrane but in which specific factors are concentrated. Those include processing bodies and stress granules, which are cytoplasmic foci associated with mRNA decay, storage and translational repression. Post-transcriptional regulations mediated by RBPs can therefore be modulated rapidly and efficiently through changes in the localization of RBPs.

The first part of this work focuses on the subcellular localization and nucleo-cytoplasmic transport of the Drosophila RBP dTIS11. Like its mammalian and yeast homologues, dTIS11 binds AU-rich elements in the 3’UTR of its target mRNAs, and stimulates their rapid deadenylation and decay. Here, we have observed that although dTIS11 appears to be located mostly in the cytoplasm, it is constantly shuttling in and out of the nucleus. We show that the export of dTIS11 from the nucleus depends on the CRM1 exportin and is mediated by a hydrophobic NES that encompasses residues 101 to 113 in dTIS11 sequence. We also identify a cryptic Transportin-dependent PY nuclear localization signal (PY-NLS) in the tandem zinc finger region of dTIS11 and show that it is conserved across the TIS11 protein family. This PY-NLS partially overlaps the second zinc finger (ZnF2) of dTIS11. Importantly, mutations disrupting the capacity of the ZnF2 to coordinate a Zn2+ ion unmask dTIS11 and TTP PY-NLS and promote nuclear import. Taken together, our results indicate that the nuclear export of Drosophila and mammalian TIS11 proteins is mediated by CRM1 through diverging NESs, while their nuclear import mechanism might rely on a conserved PY-NLS whose activity is negatively regulated by ZnF2 folding.

In the second part, we present preliminary results which implicate the nucleo-cytoplasmic transport machinery in the assembly of stress granules (SGs) in mammalian cells. SGs contain silenced mRNPs which resemble stalled initiation complexes, and they form transiently in response to acute stress, concomitantly with a global arrest of translation. While their exact role remains undefined, it seems clear that SGs are able to exchange mRNPs with polysomes and with PBs, and that they are connected to post-transcriptional and translational regulations of gene expression during stress. Here, we show that inhibition of Transportin-1 expression or function does not affect the translational status of cells but impairs the assembly of stress granules. Finally, we show that Transportin-1 and -2B, but not -2A, localize into stress granules in response to several stresses.

In conclusion, we suggest two potential new roles for Transportins, in the nucleo-cytoplasmic traffic of TIS11 proteins on the one hand and in the assembly of stress granules on the other hand.

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Le compartimentage nucléo-cytoplasmique permet aux cellules eucaryotes de réguler l’expression génétique par des mécanismes post-transcriptionnels élaborés. Les ARN messagers subissent plusieurs étapes de maturation dans le noyau avant d’être exportés vers le cytoplasme où ils sont traduits et dégradés. Ces processus sont effectués via des protéines de liaison à l’ARN, ou RBPs. Beaucoup de RBPs exercent des fonctions différentes dans le noyau et dans le cytoplasme, et leur activité peut dès lors être rapidement modulée par une modification de leur localisation.

Le transport nucléo-cytoplasmique actif des protéines s’effectue à travers les pores nucléaires et fait majoritairement appel à des transporteurs solubles de la famille des karyophérines. Ceux-ci reconnaissent au sein des protéines à transporter une séquence-passeport appelée NLS (nuclear localization signal) ou NES (nuclear export signal) selon la direction nécessitée.

Le présent travail comporte deux parties. La première porte sur la localisation subcellulaire et le transport nucléo-cytoplasmique des protéines de la famille TIS11, et plus particulièrement de dTIS11 qui est le seul représentant de cette famille chez la Drosophile. Comme ses homologues dans d’autres espèces, dTIS11 est une RBP qui favorise la déadénylation et la dégradation de ses ARN messagers cibles. Nos résultats démontrent que dTIS11 fait la navette entre le noyau et le cytoplasme. L’export de dTIS11 hors du noyau est réalisé par la karyophérine CRM1 et fait appel à un NES différent de celui présent chez les protéines TIS11 mammaliennes. Nous identifions également un NLS cryptique au sein du domaine à deux doigts de zinc avec lequel dTIS11 lie l’ARN. Ce NLS correspond partiellement au signal consensus reconnu par la Transportine. Il est démasqué par la mutation du second doigt de zinc ; dans ces conditions, il permet l’import de dTIS11 par la Transportine. Enfin, nous montrons qu’il est conservé dans d’autres protéines de la famille TIS11.

Dans la seconde partie, nous nous intéressons aux granules de stress, qui sont des microdomaines cytoplasmiques dans lesquels se concentrent des RBPs et des ARN messagers non traduits en réponse à un stress cellulaire. Nous montrons que les karyophérines appartenant à la sous-famille des Transportines sont présentes dans ces granules et que l’inhibition de l’expression ou de la fonction des Transportines réduit la formation de ces granules en réponse à divers stress cellulaires. Nous écartons la possibilité que ce résultat soit un effet indirect d’un ralentissement du métabolisme traductionnel. Nos résultats suggèrent donc une implication des Transportines dans la formation des granules de stress.