Modulation of ER homeostasis and sequestration of the translation machinery by members of the herpesvirus ubiquitin-deconjugase family

Abstract

Herpesviruses are a large family of viruses that are capable to establish life-long non-productive infections in their hosts, the transmission to new hosts being dependent on reactivation and initiation of a productive infection. During productive replication, the endoplasmic reticulum (ER) is inundated with herpesviral proteins and the accumulation of unfolded proteins in the ER lumen activates the unfolded protein response (UPR). This stress response aims to restore protein homeostasis through translational and transcriptional reprogramming or, if homeostasis cannot be restored, it leads the cell death apoptosis. In addition, the translation of viral proteins during productive infection often causes ribosome stalling and collisions, which are readily sensed by co-translational surveillance mechanisms, including the ribosome quality control (RQC) pathway. When ribosome stall during co-translational translocation of proteins to the ER, a specialized branch of the RQC is activated, the ER-RQC, which unclogs the translocon by targeting the nascent polypeptide for lysosomal degradation. To create an optimal niche for replication, herpesviruses have developed strategies to usurp cellular stress responses. Since most of these cellular pathways are regulated by the covalent attachment of ubiquitin-like polypeptides (UbLs), herpesviruses have included in their protein repertoire deconjugating enzymes (DUBs) that can modulate the outcome of cellular stress responses. Here, I have found that the DUB encoded in the N-terminal domain of the large tegument proteins of Epstein-Barr virus (EBV), human cytomegalovirus (HCMV) and Kaposi’s sarcoma associated herpesvirus (KSHV) inhibit the conjugation of the UbL UFM1 (ubiquitin-fold modifier-1) to the ribosomal subunit RPL26, which participates in the activation of the ER-RQC pathway. Inhibition of the ER-RQC by the viral DUBs correlated with activation of the UPR, increased phosphorylation of the translation initiation factor eIF2α and upregulation of the stress response regulator ATF4. These findings highlight a possible role of the viral DUBs in the regulation of protein translation and ER stress responses, which may favour the synthesis of viral proteins and promote cell survival during productive infection.

Os herpesvírus são uma grande família de vírus que são capazes de estabelecer infeções não produtivas ao longo da vida dos seus hospedeiros, sendo a transmissão para novos hospedeiros dependente da reativação e início de uma infeção produtiva. Durante a replicação produtiva, o retículo endoplasmático (ER, do inglês: endoplasmic reticulum) é inundado com proteínas virais e a acumulação de proteínas não-enoveladas no lúmen do ER ativa a resposta a proteínas não-enoveladas (UPR, do inglês: unfolded protein response). Esta resposta ao stress visa restaurar a homeostase proteica por meio de reprogramação traducional e transcricional ou, caso a homeostase não possa ser restabelecida, levar à morte da célula por apoptose. Além disso, a tradução de proteínas virais durante a infeção produtiva geralmente causa paralisação e colisões de ribossomas, que são prontamente detetadas por mecanismos de vigilância co-traducionais, incluindo a via de controlo de qualidade de ribossomas (RQC, do inglês: ribosome quality control). Quando o ribossoma para durante a translocação co-traducional de proteínas para o ER, um ramo especializado do RQC é ativado, o ER-RQC. Esta resposta permite a desobstrução do translocão ao conduzir a cadeia polipeptídica nascente à degradação lisossomal. De modo a criar um nicho ideal para a replicação, os herpesvírus desenvolveram estratégias para usurpar as respostas celulares ao stress. Como a maioria dessas vias celulares é regulada pela ligação covalente de polipéptidos semelhantes à ubiquitina (UbLs, do inglês: ubiquitin-like polypeptides), os herpesvírus incluem enzimas desconjugantes (designadas, genericamente, deubiquitinases ou DUBs) no seu reportório proteico que podem modular o resultado das respostas celulares ao stress.Neste projeto descobri que a DUB codificada no domínio N-terminal das grandes proteínas do tegumento dos vírus Epstein-Barr (EBV), citomegalovírus humano (HCMV) e herpesvírus do sarcoma de Kaposi (KSHV) inibem a conjugação do UbL UFM1 (do inglês: ubiquitin-fold modifier-1) à subunidade ribossomal RPL26, que participa na ativação da via ER-RQC. A inibição do ER-RQC pelos DUBs virais encontra-se relacionada com ativação da UPR, aumento da fosforilação do fator de iniciação da tradução eIF2α e acumulação do regulador de resposta ao stress ATF4. Estas descobertas destacam um possível papel das DUBs virais na regulação da tradução de proteínas e respostas ao stress do ER, o que pode favorecer a síntese de proteínas virais e promover a sobrevivência da célula durante a infeção produtiva.