The role of eukaryotic translation initiation factor 5A hypusination in mediating oncogenic mechanistic/mammalian target of rapamycin signaling

Protein synthesis (or mRNA translation) is a major step in the regulation of gene expression and one of the most energy consuming processes in the cell. eIF5A is activated by a unique post-translational modification called hypusination (modification of Lys50 on eIF5A to hypusine), which is catalyzed bydeoxyhypusine synthase (DHS) and deoxyhypusine hydroxylase (DOHH). eIF5Ahypusination is thought to play a significant role in translation, but little is known about its regulation. Our recent genome-wide interrogation of the translatome identified DOHH mRNA as a potential translational target of themechanistic/mammalian target of rapamycin (mTOR). We were able to validatethese findings and demonstrate that treatment with mTOR inhibitors, rapamycin and torin1 causes a substantial decrease in DOHH protein levels. Using proteasome inhibitors and measuring mRNA levels by RT-qPCR, we concluded the mTOR neither controls stability of DOHH protein nor the transcription of the corresponding gene. We next conducted polysome-profiling experiments using mTOR inhibitors, which revealed that mTOR regulates DOHH expression at the level of translation. Since both mTOR and eIF5A hypusination are often found to be upregulated in cancer, and we established the link between mTOR and eIF5A hypusination, we hypothesized the DOHH/eIF5A pathway at least in part mediates oncogenic effects of mTOR. Using soft agar assay, we demonstrated that DOHH depletion was sufficient to attenuate anchorage-independent growth induced by hyperactivated mTOR signaling. These findings suggest that DOHH and consequently eIF5A hypusination may play a major role in mTOR-driven oncogenesis.La synthèse des protéines (ou traduction des ARN messagers) est une étape clé de la régulation de l'expression des gènes dont la dérégulation est associée au développement de nombreuses pathologies humaines telles que le cancer. Le facteur d'initiation de la traduction eIF5A est activé par hypusination, une modification post-traductionnelle unique à eIF5A, qui est catalysée par deux enzymes : deoxyhypusine synthase (DHS) etdeoxyhypusine hydroxylase (DOHH). Bien que l'hypusination de l'eIF5A joue unrôle majeur dans la régulation de la traduction et semble être impliquée dans l'oncogénèse, les mécanismes moléculaires participant à son contrôle sont peuconnus. Nos travaux récents d'analyse à large échelle du profil d'expression des gènes ont identifié l'ARNm de DOHH comme potentiellement régulé au niveau traductionnel par la kinase mTOR (mechanistic target of rapamycin), un régulateur majeur de la traduction et de la croissance cellulaire. Nous avons montré que l'inhibition de mTOR avec des inhibiteurs catalytiques (torin1) et allostériques (rapamycine) conduit à une diminution des niveaux protéiques de DOHH. Cette réduction ne s'accompagne de changements ni au niveautranscriptionnel ni au niveau de la stabilité de la protéine, déterminésrespectivement en mesurant les niveaux totaux d'ARNm de DOHH par RT-qPCRet par l'utilisation d'inhibiteurs du protéasome ce qui suggère que mTOR régule l'expression de DOHH au niveau post-transcriptionnel. Afin de déterminer simTOR contrôle l'expression de DOHH au niveau traductionnel, nous avons réalisé du profilage de polysomes et avons trouvé que l'inhibition de mTOR avecla torin1 diminue l'association de l'ARNm de DOHH avec les polysomes indiquantune répression de sa traduction. Finalement, étant donné le rôle de mTOR et del'hypusination d'eIF5A dans le cancer, nous avons émis l'hypothèse que la voiee IF5A/DOHH contribue, au moins en partie, aux effets oncogéniques de mTOR. En utilisant des essais de formation de colonie en agar mou nous avons montréque la réduction de l'expression de DOHH par interférence à ARN était suffisantepour atténuer la formation de colonies induites par la suractivation de mTOR. Ensemble, ces résultats suggèrent que l'hypusination d'eIF5A et l'expression deDOHH sont des facteurs importants dans l'oncogenèse induite par lasuractivation de mTOR