A proteína colibistina (CB), uma Rho GEF neuro-especifica, apresenta papel importante na formação e funcionamento das sinapses inibitórias do sistema nervoso central por interagir com a proteína scaffold gefirina e com receptores GABAA e promover o agrupamento e transporte dessas proteínas para a membrana pós-sináptica. Recentemente, nosso grupo de pesquisa identificou interação de CB com um complexo proteico que controla o início da tradução em eucariotos (complexo eIF3), o que sugeriu pela primeira vez que essa proteína pode estar envolvida também na regulação da tradução em células neurais. Ainda, já havia sido descrito que gefirina, parceira funcional de CB, interage com mTOR, uma quinase que desempenha papel fundamental no controle do início da tradução. Contudo, até o momento não havia estudos adicionais investigando o papel de CB neste cenário. Assim sendo, o presente trabalho teve como objetivo investigar o envolvimento da proteína CB no controle do início da síntese proteica mediada pela via de sinalização mTORC1. Foram utilizados dois modelos experimentais: i) um sistema de expressão heteróloga - superexpressão de CB em células HEK293T, e ii) um modelo endógeno de expressão - células neuroprogenitoras derivadas de células-tronco pluripotentes induzidas (iNPCs) provenientes de indivíduos controles e de um paciente com deleção no gene da CB. Por meio de experimentos de coimunoprecipação nós verificamos que CB interage fisicamente com mTOR nos dois modelos experimentais utilizados. Ainda, nossos resultados mostraram que CB parece modular a atividade da via mTORC1, e nas iNPCs derivadas do paciente a ausência de CB leva a um aumento na ativação desta via de sinalização. Em concordância com esses resultados, nós observamos aumento em neo-síntese proteica nas iNPCs provenientes do paciente, o que pode ser um mecanismo patofisiológico contribuindo para as alterações cognitivas e comportamentais observadas no paciente. Embora estudos adicionais sejam necessários para melhor entender os mecanismos moleculares deste controle de início de tradução mediado por CB, nós sugerimos um modelo no qual CB, por interagir fisicamente com mTOR e eIF3, sequestra estas proteínas e impede que mTOR ative seus alvos e desencadeie a formação do complexo de inicio de tradução. Em conclusão, nossos resultados oferecem novas evidências do envolvimento de CB no controle da síntese proteica / Collybistin (CB), a neural specific RhoGEF, plays key roles in inhibitory synapse formation and function that cluster and localize the scaffold protein gephyrin and GABAA receptors to the neural postsynaptic membrane. We have recently reported that CB interacts with a protein complex that controls translation initiation in eukaryotic cells (eIF3 complex), which suggested for the first time that this protein may also act as regulator of protein synthesis in neural cells. Moreover, it has been previously described that gephyrin, the CB functional partner, interacts with mTOR, a kinase that plays a pivotal role in the control of translation initiation. However, until now there were no further studies investigating the role of CB in this scenario. The purpose of this study was to investigate if CB is involved in the control of translational initiation mediated by the mTORC1 signaling pathway. Two experimental models were used: i) a heterologous expression system - overexpression of CB in HEK293T cells, and ii) an endogenous expression model - neural progenitor cells derived from induced pluripotent stem cells (iNPCs) from control individuals and a patient with a deletion of the entire CB gene. We performed coimmunoprecipitation experiments and verified that CB physically interacts with mTOR both in 293T cells and in control iNPCs. In addition, our results show that CB appears to modulate the activity of mTORC1 pathway, and the absence of CB leads to increased mTORC1 signaling activation in patient\' iNPCs. In agreement with these results, we observed increased de novo cap-dependent translation in patient cells, which could be a pathophysiological mechanism contributing to cognitive and behavioral abnormalities observed in the patient. Although further studies are needed to better understand the molecular details of CB-mediated translational control, we suggest a model whereby CB, by physically interacting with mTOR and eIF3, sequesters these proteins, thereby preventing both the ability of mTOR to activate its targets and the formation of the translational initiation complex. In conclusion, our results offer new insights into the role of CB in protein synthesis control

A proteína colibistina (CB), uma Rho GEF neuro-especifica, apresenta papel importante na formação e funcionamento das sinapses inibitórias do sistema nervoso central por interagir com a proteína scaffold gefirina e com receptores GABAA e promover o agrupamento e transporte dessas proteínas para a membrana pós-sináptica. Recentemente, nosso grupo de pesquisa identificou interação de CB com um complexo proteico que controla o início da tradução em eucariotos (complexo eIF3), o que sugeriu pela primeira vez que essa proteína pode estar envolvida também na regulação da tradução em células neurais. Ainda, já havia sido descrito que gefirina, parceira funcional de CB, interage com mTOR, uma quinase que desempenha papel fundamental no controle do início da tradução. Contudo, até o momento não havia estudos adicionais investigando o papel de CB neste cenário. Assim sendo, o presente trabalho teve como objetivo investigar o envolvimento da proteína CB no controle do início da síntese proteica mediada pela via de sinalização mTORC1. Foram utilizados dois modelos experimentais: i) um sistema de expressão heteróloga - superexpressão de CB em células HEK293T, e ii) um modelo endógeno de expressão - células neuroprogenitoras derivadas de células-tronco pluripotentes induzidas (iNPCs) provenientes de indivíduos controles e de um paciente com deleção no gene da CB. Por meio de experimentos de coimunoprecipação nós verificamos que CB interage fisicamente com mTOR nos dois modelos experimentais utilizados. Ainda, nossos resultados mostraram que CB parece modular a atividade da via mTORC1, e nas iNPCs derivadas do paciente a ausência de CB leva a um aumento na ativação desta via de sinalização. Em concordância com esses resultados, nós observamos aumento em neo-síntese proteica nas iNPCs provenientes do paciente, o que pode ser um mecanismo patofisiológico contribuindo para as alterações cognitivas e comportamentais observadas no paciente. Embora estudos adicionais sejam necessários para melhor entender os mecanismos moleculares deste controle de início de tradução mediado por CB, nós sugerimos um modelo no qual CB, por interagir fisicamente com mTOR e eIF3, sequestra estas proteínas e impede que mTOR ative seus alvos e desencadeie a formação do complexo de inicio de tradução. Em conclusão, nossos resultados oferecem novas evidências do envolvimento de CB no controle da síntese proteica / Collybistin (CB), a neural specific RhoGEF, plays key roles in inhibitory synapse formation and function that cluster and localize the scaffold protein gephyrin and GABAA receptors to the neural postsynaptic membrane. We have recently reported that CB interacts with a protein complex that controls translation initiation in eukaryotic cells (eIF3 complex), which suggested for the first time that this protein may also act as regulator of protein synthesis in neural cells. Moreover, it has been previously described that gephyrin, the CB functional partner, interacts with mTOR, a kinase that plays a pivotal role in the control of translation initiation. However, until now there were no further studies investigating the role of CB in this scenario. The purpose of this study was to investigate if CB is involved in the control of translational initiation mediated by the mTORC1 signaling pathway. Two experimental models were used: i) a heterologous expression system - overexpression of CB in HEK293T cells, and ii) an endogenous expression model - neural progenitor cells derived from induced pluripotent stem cells (iNPCs) from control individuals and a patient with a deletion of the entire CB gene. We performed coimmunoprecipitation experiments and verified that CB physically interacts with mTOR both in 293T cells and in control iNPCs. In addition, our results show that CB appears to modulate the activity of mTORC1 pathway, and the absence of CB leads to increased mTORC1 signaling activation in patient\' iNPCs. In agreement with these results, we observed increased de novo cap-dependent translation in patient cells, which could be a pathophysiological mechanism contributing to cognitive and behavioral abnormalities observed in the patient. Although further studies are needed to better understand the molecular details of CB-mediated translational control, we suggest a model whereby CB, by physically interacting with mTOR and eIF3, sequesters these proteins, thereby preventing both the ability of mTOR to activate its targets and the formation of the translational initiation complex. In conclusion, our results offer new insights into the role of CB in protein synthesis control

Neste trabalho utilizamos diferentes abordagens para o estudo de genes associados com desenvolvimento e funcionamento do SNC assim como com doenças neurológicas: 1) uma das abordagens consistiu na identificação do alelo associado a uma forma de retardo mental sindrômico com herança recessiva ligada ao cromossomo X, síndrome de Snyder-Robinson, em uma família Brasileira. Utilizando as estratégias de estudo de ligação genética e análise de genes candidatos, identificamos a segunda mutação patogênica no gene SMS (que codifica a enzima espermina sintase) associada à síndrome de Snyder-Robinson. A identificação dessa mutação contribuiu para: delinear e expandir o espectro clínico da síndrome, evidenciar domínios importantes para o funcionamento da proteína espermina sintase, comprovar a importância dessa proteína nos processos cognitivos, e também possibilitar um aconselhamento genético preciso para membros da família; 2) outra abordagem consistiu em analisar (triar mutação) o gene codificador da proteína colibistina (ARHGEF9), a qual está envolvida em sinaptogênese inibitória, em pacientes Brasileiros portadores de hiperecplexia (6 pacientes) e em pacientes portadores de retardo mental associado com epilepsia (22 pacientes). Não identificamos nenhuma alteração patogênica no gene ARHGEF nos 28 pacientes estudados; contudo, o número de pacientes analisados foi muito pequeno. Julgamos que a análise de um número maior de pacientes com essas doenças neurológicas pode vir a revelar novas mutações deletérias em ARHGEF9; 3) a última abordagem consistiu no estudo funcional da proteína colibistina. Com o objetivo de identificar outras proteínas que interagem com a colibistina humana utilizamos o sistema de duplo-híbrido em leveduras e experimentos de co-imunoprecipitação in vitro e in vivo. Identificamos a proteína eIF3-p40 interagindo com a proteína colibistina e também com a proteína gefirina (a qual, por sua vez, também interage com colibistina e está envolvida com funcionamento de sinapses inibitórias). A proteína eIF3-p40 é uma das subunidades do complexo do fator 3 de iniciação de tradução protéica em eucariotos (eIF3). Essas interações ligam as proteínas colibistina e a gefirina à maquinaria de tradução protéica, revelando uma provável nova função dessas proteínas no controle da tradução em sítios pós-sinápticos inibitórios. / In this work we have used different approaches to the study of genes associated with CNS development and function as well as with neurological diseases: 1) one study involved the identification of the allele associated with an X-linked recessive sindromic form of mental retardation, Snyder-Robinson syndrome, in a Brazilian family. Using genetic linkage analysis and candidate gene strategy, we identified the second pathogenic mutation in the SMS gene (that encodes the spermine synthase enzyme) associated with the Snyder-Robinson syndrome. The identification of this mutation contributed to: the delineation and expansion of the clinical spectrum of the syndrome, highlight important domains for spermine synthase protein functioning, demonstrate the importance of this protein in cognitive processes, and also a precise genetic counseling for family members; 2) a second study involved the mutation screening of ARHGEF9, gene encoding the collybistin protein, which is involved in inhibitory synaptogenesis, in Brazilian patients with hyperekplexia (6 patients) and in patients with mental retardation associated with epilepsy (22 patients). We did not identify any pathogenic alteration in the ARHGEF9, gene in the 28 studied patients, but the number of patients analysed was very small. However, the possibility remains that additional mutations in ARHGEF9, may contribute to other cases of hyperekplexia and mental retardation associated with epilepsy; 3) the last study involved the functional analysis of collybistin protein. In order to identify other proteins that interact with human collybistin, we used the yeast two-hybrid system and in vitro e in vivo co-immunoprecipitation experiments. We identified the eIF3-p40 protein as collybistin and gephyrin (another protein involved in the function of inhibitory synapses that also interacts with collybistin) binding partner. The eIF3-p40 protein is one of the subunits of the eukaryotic initiation factor 3 complex (eIF3). These interactions link the collybistin and gephyrin proteins to the protein translation machinery, revealing a putative new role of these proteins in the translation control at inhibitory postsynaptic sites.

Neste trabalho utilizamos diferentes abordagens para o estudo de genes associados com desenvolvimento e funcionamento do SNC assim como com doenças neurológicas: 1) uma das abordagens consistiu na identificação do alelo associado a uma forma de retardo mental sindrômico com herança recessiva ligada ao cromossomo X, síndrome de Snyder-Robinson, em uma família Brasileira. Utilizando as estratégias de estudo de ligação genética e análise de genes candidatos, identificamos a segunda mutação patogênica no gene SMS (que codifica a enzima espermina sintase) associada à síndrome de Snyder-Robinson. A identificação dessa mutação contribuiu para: delinear e expandir o espectro clínico da síndrome, evidenciar domínios importantes para o funcionamento da proteína espermina sintase, comprovar a importância dessa proteína nos processos cognitivos, e também possibilitar um aconselhamento genético preciso para membros da família; 2) outra abordagem consistiu em analisar (triar mutação) o gene codificador da proteína colibistina (ARHGEF9), a qual está envolvida em sinaptogênese inibitória, em pacientes Brasileiros portadores de hiperecplexia (6 pacientes) e em pacientes portadores de retardo mental associado com epilepsia (22 pacientes). Não identificamos nenhuma alteração patogênica no gene ARHGEF nos 28 pacientes estudados; contudo, o número de pacientes analisados foi muito pequeno. Julgamos que a análise de um número maior de pacientes com essas doenças neurológicas pode vir a revelar novas mutações deletérias em ARHGEF9; 3) a última abordagem consistiu no estudo funcional da proteína colibistina. Com o objetivo de identificar outras proteínas que interagem com a colibistina humana utilizamos o sistema de duplo-híbrido em leveduras e experimentos de co-imunoprecipitação in vitro e in vivo. Identificamos a proteína eIF3-p40 interagindo com a proteína colibistina e também com a proteína gefirina (a qual, por sua vez, também interage com colibistina e está envolvida com funcionamento de sinapses inibitórias). A proteína eIF3-p40 é uma das subunidades do complexo do fator 3 de iniciação de tradução protéica em eucariotos (eIF3). Essas interações ligam as proteínas colibistina e a gefirina à maquinaria de tradução protéica, revelando uma provável nova função dessas proteínas no controle da tradução em sítios pós-sinápticos inibitórios. / In this work we have used different approaches to the study of genes associated with CNS development and function as well as with neurological diseases: 1) one study involved the identification of the allele associated with an X-linked recessive sindromic form of mental retardation, Snyder-Robinson syndrome, in a Brazilian family. Using genetic linkage analysis and candidate gene strategy, we identified the second pathogenic mutation in the SMS gene (that encodes the spermine synthase enzyme) associated with the Snyder-Robinson syndrome. The identification of this mutation contributed to: the delineation and expansion of the clinical spectrum of the syndrome, highlight important domains for spermine synthase protein functioning, demonstrate the importance of this protein in cognitive processes, and also a precise genetic counseling for family members; 2) a second study involved the mutation screening of ARHGEF9, gene encoding the collybistin protein, which is involved in inhibitory synaptogenesis, in Brazilian patients with hyperekplexia (6 patients) and in patients with mental retardation associated with epilepsy (22 patients). We did not identify any pathogenic alteration in the ARHGEF9, gene in the 28 studied patients, but the number of patients analysed was very small. However, the possibility remains that additional mutations in ARHGEF9, may contribute to other cases of hyperekplexia and mental retardation associated with epilepsy; 3) the last study involved the functional analysis of collybistin protein. In order to identify other proteins that interact with human collybistin, we used the yeast two-hybrid system and in vitro e in vivo co-immunoprecipitation experiments. We identified the eIF3-p40 protein as collybistin and gephyrin (another protein involved in the function of inhibitory synapses that also interacts with collybistin) binding partner. The eIF3-p40 protein is one of the subunits of the eukaryotic initiation factor 3 complex (eIF3). These interactions link the collybistin and gephyrin proteins to the protein translation machinery, revealing a putative new role of these proteins in the translation control at inhibitory postsynaptic sites.