A kinetic dichotomy between mitochondrial and nuclear gene expression processes

生物 线粒体生物发生 线粒体 基因表达 线粒体核糖体 基因 信使核糖核酸 核基因 MT-RNR1型 翻译(生物学) 氧化磷酸化 线粒体DNA 遗传学 基因表达调控 细胞生物学 核糖体 分子生物学 核糖核酸 生物化学
作者
Erik McShane,Mary Couvillion,Robert Ietswaart,Gyan Prakash,Brendan M. Smalec,Iliana Soto,Autum R. Baxter‐Koenigs,Karine Choquet,L. Stirling Churchman
出处
期刊:Molecular Cell [Elsevier BV]
卷期号:84 (8): 1541-1555.e11 被引量:18
标识
DOI:10.1016/j.molcel.2024.02.028
摘要

Oxidative phosphorylation (OXPHOS) complexes, encoded by both mitochondrial and nuclear DNA, are essential producers of cellular ATP, but how nuclear and mitochondrial gene expression steps are coordinated to achieve balanced OXPHOS subunit biogenesis remains unresolved. Here, we present a parallel quantitative analysis of the human nuclear and mitochondrial messenger RNA (mt-mRNA) life cycles, including transcript production, processing, ribosome association, and degradation. The kinetic rates of nearly every stage of gene expression differed starkly across compartments. Compared with nuclear mRNAs, mt-mRNAs were produced 1,100-fold more, degraded 7-fold faster, and accumulated to 160-fold higher levels. Quantitative modeling and depletion of mitochondrial factors LRPPRC and FASTKD5 identified critical points of mitochondrial regulatory control, revealing that the mitonuclear expression disparities intrinsically arise from the highly polycistronic nature of human mitochondrial pre-mRNA. We propose that resolving these differences requires a 100-fold slower mitochondrial translation rate, illuminating the mitoribosome as a nexus of mitonuclear co-regulation.

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