Intracellular trafficking of micronutrients: from gene regulation to nutrient requirements

John Hesketh
2004 GBM Annual Spring meeting Mosbach 2004  
Professor John Hesketh, fax +44 191 222 8684, email The intracellular distribution of micronutrients, as well as their uptake, is important for cell function. In some cases the distribution of micronutrients or their related proteins is determined by gene expression mechanisms. The 3′ untranslated region (3′UTR) of metallothionein-1 mRNA determines localisation of the mRNA, and in turn intracellular trafficking of the protein product. Using transfected cells we have
more » ... e for the trafficking of metallothionein-1 into the nucleus and for its involvement in protection from oxidative stress and DNA damage. When nutritional supply of Se is limited, selenoprotein expression is altered, but not all selenoproteins are affected equally; the available Se is prioritised for synthesis of particular selenoproteins. The prioritisation involves differences in mRNA translation and stability due to 3′UTR sequences. Potentially, genetic variation in these regulatory mechanisms may affect nutrient requirements. Genetic polymorphisms in the 3′UTR from two selenoprotein genes have been observed; one polymorphism affects selenoprotein synthesis. These examples illustrate how molecular approaches can contribute at several levels to an increased understanding of nutrient metabolism and requirements. First, they provide the tools to investigate regulatory features in genes and their products. Second, understanding these processes can provide model systems to investigate nutrient metabolism at the cellular level. Third, once key features have been identified, the availability of human genome sequence information and single nucleotide polymorphism databases present possibilities to define the extent of genetic variation in genes of nutritional relevance. Ultimately, the functionality of any variations can be defined and subgroups of the population with subtly different nutrient requirements identified. Résumé La distribution intracellulaire des micronutriments ainsi que leur absorption sont importantes pour les fonctions cellulaires. Dans certains cas la distribution des micronutriments ou des protéines associées est déterminée par des mécanismes liés à l'expression des gènes. La région 3′ non traduite (3′UTR) de l'ARNm de la métallothioneine-1 détermine la localisation de ce message et, par conséquent, la localisation intracellulaire de la protéine qu'il code. En utilisant des cellules transfectées nous avons montré que la métallothioneine-1 est transportée vers le noyau ou elle exerce un rôle dans la protection contre le stress oxydant et les dommages causés à l'ADN. Quand l'apport nutritionnel en Se est limité, l'expression des sélénoproteines est altérée. Toutefois celleci n'est pas affectée de façon identique pour toutes les sélénoproteines; le Se disponible étant utilisé de façon prioritaire pour la synthèse de certaines d'entre elles. Cet ordre de priorité met en jeu des différences dans la traduction et la stabilité de leur ARNm qui sont sous le contrôle de séquences dans la région 3′ non traduite. Potentiellement, des variations génétiques affectant ces mécanismes régulateurs peuvent moduler les besoins en nutriments. Des polymorphismes génétiques ont été décrits dans le 3′UTR des ARNm de deux sélénoproteines; l'un d'entre eux affectant la synthèse de la sélénoproteine correspondante. Ces exemples illustrent comment des https://doi.
doi:10.1240/sav_gbm_2004_m_000435 fatcat:ad5yvxwyzbhxdnacota6enbcmm