細胞ポリアミン、スペルミジン、およびスペルミンの枯渇は、哺乳類細胞の翻訳と成長の完全な停止を引き起こします

ポリアミン、プトレシン、スペルミジン、およびスペルミンは、細胞増殖の調節に密接に関与する不可欠なポリキシーションです。ポリアミンはin vitroでの核酸と高分子合成の立体構造に動的効果を発揮しますが、in vivoでの特定の機能はよく理解されていません。哺乳類細胞における主要な異化酵素、スペルミジン/スペルミンN（1） - アセチルトランスフェラーゼ1（SAT1）の過剰発現により、ポリアミンの細胞機能を調査しました。GFPおよびSAT1ベクターを使用したHeLa細胞の一時的な同時退行は、そのmRNAレベルを下げることなくGFPタンパク質の発現を抑制しました。これは、GFP発現のブロックが転写ではなく、翻訳であることを示しています。蛍光シングルセルイメージングは、DNAまたはRNAの合成の阻害なしに、SAT1過剰発現細胞における内因性タンパク質合成の特定の阻害も明らかにしました。SAT1アデノウイルスを使用したSAT1の過剰発現により、細胞スペルミジンとスペルミンの急速な枯渇、タンパク質合成の総阻害、24時間以内の成長停止が得られました。SAT1効果は、SAT1復元されたGFPおよび内因性タンパク質合成の基質ではない安定したポリアミン類似体であるため、スペルミジンとスペルミンの枯渇による可能性が最も高くなります。ポリアミン枯渇細胞で80Sモノソームが増加したポリソームの喪失は、翻訳開始におけるポリアミンの直接的な役割を示唆しています。私たちのデータは、哺乳類細胞の翻訳において、ポリアミン、スペルミジン、およびスペルミンの主要な機能の強力な証拠を提供します。

The polyamines, putrescine, spermidine, and spermine, are essential polycations, intimately involved in the regulation of cellular proliferation. Although polyamines exert dynamic effects on the conformation of nucleic acids and macromolecular synthesis in vitro, their specific functions in vivo are poorly understood. We investigated the cellular function of polyamines by overexpression of a key catabolic enzyme, spermidine/spermine N(1)-acetyltransferase 1 (SAT1) in mammalian cells. Transient cotransfection of HeLa cells with GFP and SAT1 vectors suppressed GFP protein expression without lowering its mRNA level, an indication that the block in GFP expression was not at transcription, but at translation. Fluorescence single-cell imaging also revealed specific inhibition of endogenous protein synthesis in the SAT1 overexpressing cells, without any inhibition of synthesis of DNA or RNA. Overexpression of SAT1 using a SAT1 adenovirus led to rapid depletion of cellular spermidine and spermine, total inhibition of protein synthesis, and growth arrest within 24 h. The SAT1 effect is most likely due to depletion of spermidine and spermine, because stable polyamine analogs that are not substrates for SAT1 restored GFP and endogenous protein synthesis. Loss of polysomes with increased 80S monosomes in the polyamine-depleted cells suggests a direct role for polyamines in translation initiation. Our data provide strong evidence for a primary function of polyamines, spermidine and spermine, in translation in mammalian cells.