APPROACHES TO HUMANIZATION OF MITOCHONDRIAL PROTEINS IN Saccharomyces cerevisiae ON THE EXAMPLE OF REPLACING THE YEAST MITOCHONDRIAL TRANSLATION TERMINATION FACTOR MRF1 WITH ITS HUMAN HOMOLOGS

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Mitochondrial translation is a highly specialized process of synthesizing mitochondrically encoded proteins, mainly the components of the oxidative phosphorylation system. It involves four key stages: initiation, elongation, termination, and recycling of mitochondrial ribosomes. Each of these stages is regulated by a specific set of translation factors, most of which are encoded by the nuclear genome and imported into mitochondria. The termination of mitochondrial translation in yeast (Saccharomyces cerevisiae) is carried out by the MRF1 release factor. This nuclear-encoded factor is crucial for ensuring accurate protein synthesis within the organelle, as it recognizes stop codons and facilitates the release of completed polypeptide chains from the ribosome. In addition to its main function, MRF1 participates in maintaining mitochondrial genome stability. The aim of this study was to investigate the capacity of human homologs, hMTRF1, hMTRF1A, and mitoribosome rescue factors hMTRFR and hMRPL58, to compensate for the absence of the yeast mitochondrial translation termination factor MRF1 in S. cerevisiae cells. The results obtained suggest that human orthologs of MRF1, such as hMTRF1 and hMTRF1A, can contribute to maintaining the integrity of yeast mitochondrial genome. However, they do not fully make up for the absence of MRF1, as they do not restore normal respiration of the mutant yeast strains.

About the authors

R. A Khannanov

Lomonosov Moscow State University

Email: khanrhat@mail.ru
Faculty of Biology Moscow, Russia

I. V Chicherin

Lomonosov Moscow State University

Faculty of Biology Moscow, Russia

M. V Baleva

Lomonosov Moscow State University

Faculty of Biology Moscow, Russia

S. A Levitskii

Lomonosov Moscow State University

Faculty of Biology Moscow, Russia

R. A Vasilev

Lomonosov Moscow State University

Faculty of Biology Moscow, Russia

U. E Piunova

Lomonosov Moscow State University

Faculty of Biology Moscow, Russia

P. A Kamenski

Lomonosov Moscow State University

Faculty of Biology Moscow, Russia

References

  1. Wang, F., Zhang, D., Zhang, D., Li, P., and Gao, Y. (2021) Mitochondrial protein translation: emerging roles and clinical significance in disease, Front. Cell Dev. Biol., 9, 675475, https://doi.org/10.3389/fcell.2021.675465.
  2. Kummer, E., and Ban, N. (2021) Mechanisms and regulation of protein synthesis in mitochondria, Nat. Rev. Mol. Cell Biol., 22, 307-325, https://doi.org/10.1038/s41580-021-00332-2.
  3. Pel, H. J., Maat, C., Rep, M., and Grivell, L. A. (1992) The yeast nuclear gene MRF1 encodes a mitochondrial peptide chain release factor and cures several mitochondrial RNA splicing defects, Nucleic Acids Res., 20, 6339-6346, https://doi.org/10.1093/nar/20.23.6339.
  4. Towpik, J., Chacinska, A., Ciesla, M., Ginalski, K., and Boguta, M. (2004) Mutations in the yeast mrf1 gene encoding mitochondrial release factor inhibit translation on mitochondrial ribosomes, J. Biol. Chem., 279, 14096-14103, https://doi.org/10.1074/jbc.M312856200.
  5. Krüger, A., Kovalchuk, D., Shiriaev, D., and Rorbach, J. (2024) Decoding the enigma: translation termination in human mitochondria, Hum. Mol. Genet., 33, R42-R46, https://doi.org/10.1093/hmg/ddae032.
  6. Merz, S., and Westermann, B. (2009) Genome-wide deletion mutant analysis reveals genes required for respiratory growth, mitochondrial genome maintenance and mitochondrial protein synthesis in Saccharomyces cerevisiae, Genome Biol., 10, R95, https://doi.org/10.1186/gb-2009-10-9-r95.
  7. Laurent, J. M., Garge, R. K., Teufel, A. I., Wilke, C. O., Kachroo, A. H., and Marcotte, E. M. (2020) Humanization of yeast genes with multiple human orthologs reveals functional divergence between paralogs, PLoS Biol., 18, e3000627, https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3000627.
  8. Hamza, A., Driessen, M. R., Tammpere, E., O’Neil, N. J., and Hieter, P. (2020) Cross-species complementation of nonessential yeast genes establishes platforms for testing inhibitors of human proteins, Genetics, 214, 735-747, https://doi.org/10.1534/genetics.119.302971.
  9. Qian, Y., Kachroo, A. H., Yellman, C. M., Marcotte, E. M., and Johnson, K. A. (2014) Yeast cells expressing the human mitochondrial DNA polymerase reveal correlations between polymerase fidelity and human disease progression, J. Biol. Chem., 289, 5970-5985, https://doi.org/10.1074/jbc.M113.526418.
  10. Parisi, M. A., Xu, B., and Clayton, D. A. (1993) A human mitochondrial transcriptional activator can functionally replace a yeast mitochondrial HMG-box protein both in vivo and in vitro, Mol. Cell Biol., 13, 1951-1961, https://doi.org/10.1128/mcb.13.3.1951-1961.1993.
  11. Derbikova, K., Kuzmenko, A., Levitskii, S., Klimontova, M., Chicherin, I., Baleva, M. V., Krasheninnikov, I. A., and Kamenski, P. (2018) Biological and evolutionary significance of terminal extensions of mitochondrial translation initiation factor, Int. J. Mol. Sci., 19, 3861, https://doi.org/10.3390/ijms19123861.
  12. Costanzo, M. C., and Fox, T. D. (1988) Specific translational activation by nuclear gene products occurs in the 5' untranslated leader of a yeast mitochondrial mRNA, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 85, 2677-2681, https://doi.org/10.1073/pnas.85.8.2677.
  13. Lasserre, J. P., Dautant, A., Aiyar, R. S., Kucharczyk, R., Glatigny, A., Tribouillard-Tanvier, D., Rytka, J., Blondel, M., Skoczen, N., Reynier, P., Pitayu, L., Rotig, A., Delahodde, A., Steinmetz, L. M., Dujardin, G., Procaccio, V., and di Rago, J. P. (2015) Yeast as a system for modeling mitochondrial disease mechanisms and discovering therapies, Dis. Models Mech., 8, 509-526, https://doi.org/10.1242/dmm.020438.
  14. Dirick, L., Bendris, W., Loubiere, V., Gostan, T., Gueydon, E., and Schwob, E. (2014) Metabolic and environmental conditions determine nuclear genomic instability in budding yeast lacking mitochondrial DNA, G3 (Bethesda), 4, 411-423, https://doi.org/10.1534/g3.113.010108.
  15. Garcia, E. J., Jonge, J. J., Liao, P., Stivison, E., Sing, C. N., Higuchi-Sanabria, R., Boldogh, I. R., and Pon, L. A. (2019) Reciprocal interactions between mtDNA and lifespan control in budding yeast, Mol. Biol. Cell, 30, 2943-2952, https://doi.org/10.1091/mbc.E18-06-0356.
  16. Sherman, F. (2002) Getting started with yeast, Methods Enzymol., 350, 3-41, https://doi.org/10.1016/s0076-6879(02)50954-x.
  17. Knop, M., Siegers, K., Pereira, G., Zachariae, W., Winsor, B., Nasmyth, K., and Schiebel, E. (1999) Epitope tagging of yeast genes using a PCR-based strategy: more tags and improved practical routines, Yeast, 15, 963-972, https://doi.org/10.1002/(SICI)1097-0061(199907)15:10B<963::AID-YEA399>3.0.CO;2-W.
  18. Hentges, P., Van Driessche, B., Tafforeau, L., Vandenhaute, J., and Carr, A. M. (2005) Three novel antibiotic marker cassettes for gene disruption and marker switching in Schizosaccharomyces pombe, Yeast, 22, 1013-1019, https://doi.org/10.1002/yea.1291.
  19. Gietz, R. D., and Schiestl, R. H. (2007) High-efficiency yeast transformation using the LiAc/SS carrier DNA/PEG method, Nat. Protoc., 2, 31-34, https://doi.org/10.1038/nprot.2007.13.
  20. Glick, B. S., and Pon, L. A. (1995) Isolation of highly purified mitochondria from Saccharomyces cerevisiae, Methods Enzymol., 260, 213-223, https://doi.org/10.1016/0076-6879(95)60139-2.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Рисунок П1
Download (552KB)
Indexing metadata
3. Таблица П1. Штаммы S. cerevisiae
Download (645KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».