Translation of pre-spliced RNAs in the nuclear compartment generates peptides for the MHC class I pathway

Abstract

The scanning of maturing mRNAs by ribosomes plays a key role in the mRNA quality control process. When ribosomes first engage with the newly synthesized mRNA, and if peptides are produced, is unclear, however. Here we show that ribosomal scanning of prespliced mRNAs occurs in the nuclear compartment, and that this event produces peptide substrates for the MHC class I pathway. Inserting antigenic peptide sequences in introns that are spliced out before the mRNAs exit the nuclear compartment results in an equal amount of antigenic peptide products as when the peptides are encoded from the main open reading frame (ORF). Taken together with the detection of intron-encoded nascent peptides and RPS6/RPL7-carrying complexes in the perinucleolar compartment, these results show that peptides are produced by a translation event occurring before mRNA splicing. This suggests that ribosomes occupy and scan mRNAs early in the mRNA maturation process, and suggests a physiological role for nuclear mRNA translation, and also helps explain how the immune system tolerates peptides derived from tissue-specific mRNA splice variants.MHC class I restricted antigen presentation | mRNA maturation | nuclear translation R NAs carrying premature termination codons or are recognized as defective in other aspects are prevented from further translation and disposed of by the nonsense-mediated decay (NMD) pathway (1). The detection of premature stop codons is mediated by the scanning ribosome; however, when the ribosomes first engage with the newly synthesized mRNA, and if this event results in the production of peptides, is unclear. Two observations from the field of immunology and the presentation of peptides on MHC class I molecules have highlighted some aspects relevant to the role of the ribosomes in the mRNA maturation process. The first observation is related to the detection of antigenic peptides originating from intron sequences, and the second is related to the observation that the synthesis of antigenic peptide substrates and full-length proteins are two spatiotemporarily distinct events (2-5).The presentation of antigenic peptides on MHC class I molecules allows CD8 + T cells to detect and eliminate cells in which the repertoire of peptide substrates has been altered owing to the presence of viruses or to changes in the presentation of endogenous antigens (6, 7). However, despite the key role of antigen presentation on MHC class I molecules in immune surveillance, the source of peptides for the MHC class I pathway is not yet known. Accumulating evidence indicates that the processing of alternative peptide substrates plays a major role, and that degradation products derived from full-length proteins have limited access to the MHC class I pathway (8-10). We recently demonstrated that pioneer translation products (PTPs) that form antigenic peptide substrates for the MHC class I pathway are produced by a translation event that is distinct from the canonical event giving rise to full-length proteins and does not require the cap-binding ...

Synthèse des peptides antigéniques du CMH-I dans le noyau

“…Jusqu'à récemment, il n'avait pas été possible d'identifier de produits de la traduction d'un ARNm qui puissent être directement liés aux molécules du CMH de classe I et qui permettent ainsi de distinguer des protéines matures fonctionnelles et des produits de traduction alternatifs, source majeure de peptides. Cependant, dans une de nos récentes études, nous avons réussi à purifier, par des techniques d'immuno-affinité et de spectrométrie de masse, les PTP provenant d'un ARNm ne produisant aucune protéine fonctionnelle [5].Enfin un rôle pour la traduction nucléaire Une des nombreuses implications de notre modèle (Figure 1) est que la synthèse et/ou la dégradation partielle des polypeptides se ferait dans un compartiment subcellulaire. En effet, les protéines ne sont pas une source majeure de peptides antigéniques pour le CMH-I.…”

“…Jusqu'à récemment, il n'avait pas été possible d'identifier de produits de la traduction d'un ARNm qui puissent être directement liés aux molécules du CMH de classe I et qui permettent ainsi de distinguer des protéines matures fonctionnelles et des produits de traduction alternatifs, source majeure de peptides. Cependant, dans une de nos récentes études, nous avons réussi à purifier, par des techniques d'immuno-affinité et de spectrométrie de masse, les PTP provenant d'un ARNm ne produisant aucune protéine fonctionnelle [5].…”

“…En effet, les protéines ne sont pas une source majeure de peptides antigéniques pour le CMH-I. Ainsi, l'induction de la dégradation cytoplasmique par le complexe protéaso-mique 26S d'une protéine fonctionnelle, ou exonique [5] (Figure 1). Étant donné que les introns n'atteignent jamais le cytoplasme, les peptides antigéniques correspondants étaient forcément produits par des ribosomes dans le noyau.…”

“…Nous avons également interféré avec le mécanisme d'export des ARNm du noyau vers le cytoplasme, mécanisme déjà utilisé par certains virus qui exportent directement leurs ARN non épissés vers le cytoplasme. Nous avons pu montrer que si la vitesse d'export des ARN non épissés augmente, la quantité lequel nous avions introduit un épitope antigénique, soit dans un exon, soit dans un intron, est correctement épissé et que seules les séquences exoniques sont détectées dans le cytoplasme, alors que les introns sont confinés dans le noyau [5]. En utilisant la propriété de reconnaissance de cet épitope par des lymphocytes T CD8 + spécifiques, nous avons montré très récemment que ce peptide antigénique était présenté à la surface cellulaire, que la séquence ARN correspondante soit d'origine intronique qui va inonder le cytoplasme cellulaire de produits de dégradation, n'a qu'un effet mineur sur l'approvisionnement des molécules de classe I en peptides.…”

“…Or, des travaux de recherche en immunologie, portant sur la présentation antigénique de peptides aux molécules de classe I, ont mis en évidence un rôle des ribosomes lors du processus de maturation des ARNm cellulaires. Ainsi, une première observation est celle de peptides antigéniques provenant de séquences introniques [9,10], et une seconde d'une séparation dans l'espace et le temps des processus de production des peptides antigéniques et des protéines fonctionnelles [5]. Le système d'épissage de la cellule fait en sorte que tous les introns d'un ARNm donné soient épissés bien avant que l'ARNm ne quitte le noyau.…”