The accumulation of misfolded proteins in intracellular amyloid inclusions, typical of many neurodegenerative disorders including Huntington’s and prion disease, is thought to occur after failure of the cellular protein quality control mechanisms. Here we examine the formation of misfolded protein inclusions in the eukaryotic cytosol of yeast and mammalian cell culture models. We identify two intracellular compartments for the sequestration of misfolded cytosolic proteins. Partition of quality control substrates to either compartment seems to depend on their ubiquitination status and aggregation state. Soluble ubiquitinated misfolded proteins accumulate in a juxtanuclear compartment where proteasomes are concentrated. In contrast, terminally aggregated proteins are sequestered in a perivacuolar inclusion. Notably, disease-associated Huntingtin and prion proteins are preferentially directed to the perivacuolar compartment. Enhancing ubiquitination of a prion protein suffices to promote its delivery to the juxtanuclear inclusion. Our findings provide a framework for understanding the preferential accumulation of amyloidogenic proteins in inclusions linked to human disease. Despite the sophistication of the molecular chaperone system that catalyses the folding of polypeptides into their final native state, protein misfolding can occur. The wellbeing of the cell depends on how it manages the 'rejects'. Kaganovich et al. demonstrate that yeast and mammalian cells contain a cellular quality control pathway that distinguishes between soluble and insolubly aggregated proteins, and directs them to one of two inclusions. Soluble misfolded proteins that can be degraded by the proteasome or refolded are targeted to a juxtanuclear quality control compartment, and insoluble aggregates including disease-associated huntingtin and prion proteins are sequestered in a cytosolic inclusion associated with the autophagic pathway.

The choice of codons can influence local translation kinetics during protein synthesis. Whether codon preference is linked to cotranslational regulation of polypeptide folding remains unclear. Here, we derive a revised translational efficiency scale that incorporates the competition between tRNA supply and demand. Applying this scale to ten closely related yeast species, we uncover the evolutionary conservation of codon optimality in eukaryotes. This analysis reveals universal patterns of conserved optimal and nonoptimal codons, often in clusters, which associate with the secondary structure of the translated polypeptides independent of the levels of expression. Our analysis suggests an evolved function for codon optimality in regulating the rhythm of elongation to facilitate cotranslational polypeptide folding, beyond its previously proposed role of adapting to the cost of expression. These findings establish how mRNA sequences are generally under selection to optimize the cotranslational folding of corresponding polypeptides.

A comprehensive understanding of the cellular functions of the Hsp90 molecular chaperone has remained elusive. Although Hsp90 is essential, highly abundant under normal conditions, and further induced by environmental stress, only a limited number of Hsp90 "clients" have been identified. To define Hsp90 function, a panel of genome-wide chemical-genetic screens in Saccharomyces cerevisiae were combined with bioinformatic analyses. This approach identified several unanticipated functions of Hsp90 under normal conditions and in response to stress. Under normal growth conditions, Hsp90 plays a major role in various aspects of the secretory pathway and cellular transport; during environmental stress, Hsp90 is required for the cell cycle, meiosis, and cytokinesis. Importantly, biochemical and cell biological analyses validated several of these Hsp90-dependent functions, highlighting the potential of our integrated global approach to uncover chaperone functions in the cell.

Lysosomes keep neuronal stem cells young An important consequence of aging is loss of regenerative capacity in stem cells, particularly those of the nervous system. Leeman et al. isolated quiescent and activated stem cells from mice and compared their transcriptomes. The findings emphasize the role of large lysosomes in quiescent neuronal stem cells in which aggregated proteins accumulate. Treatments that stimulated lysosomal function allowed aged quiescent stem cells to clear protein aggregates and restored the cells' ability to be activated. Such restoration of stem cell function might alleviate compromised proteostasis in aging. Science , this issue p. 1277

Research Article1 December 1992free access Function in protein folding of TRiC, a cytosolic ring complex containing TCP-1 and structurally related subunits. J. Frydman J. Frydman Program in Cellular Biochemistry and Biophysics, Rockefeller Research Laboratories, Sloan-Kettering Institute, New York, NY 10021. Search for more papers by this author E. Nimmesgern E. Nimmesgern Program in Cellular Biochemistry and Biophysics, Rockefeller Research Laboratories, Sloan-Kettering Institute, New York, NY 10021. Search for more papers by this author H. Erdjument-Bromage H. Erdjument-Bromage Program in Cellular Biochemistry and Biophysics, Rockefeller Research Laboratories, Sloan-Kettering Institute, New York, NY 10021. Search for more papers by this author J.S. Wall J.S. Wall Program in Cellular Biochemistry and Biophysics, Rockefeller Research Laboratories, Sloan-Kettering Institute, New York, NY 10021. Search for more papers by this author P. Tempst P. Tempst Program in Cellular Biochemistry and Biophysics, Rockefeller Research Laboratories, Sloan-Kettering Institute, New York, NY 10021. Search for more papers by this author F.U. Hartl F.U. Hartl Program in Cellular Biochemistry and Biophysics, Rockefeller Research Laboratories, Sloan-Kettering Institute, New York, NY 10021. Search for more papers by this author J. Frydman J. Frydman Program in Cellular Biochemistry and Biophysics, Rockefeller Research Laboratories, Sloan-Kettering Institute, New York, NY 10021. Search for more papers by this author E. Nimmesgern E. Nimmesgern Program in Cellular Biochemistry and Biophysics, Rockefeller Research Laboratories, Sloan-Kettering Institute, New York, NY 10021. Search for more papers by this author H. Erdjument-Bromage H. Erdjument-Bromage Program in Cellular Biochemistry and Biophysics, Rockefeller Research Laboratories, Sloan-Kettering Institute, New York, NY 10021. Search for more papers by this author J.S. Wall J.S. Wall Program in Cellular Biochemistry and Biophysics, Rockefeller Research Laboratories, Sloan-Kettering Institute, New York, NY 10021. Search for more papers by this author P. Tempst P. Tempst Program in Cellular Biochemistry and Biophysics, Rockefeller Research Laboratories, Sloan-Kettering Institute, New York, NY 10021. Search for more papers by this author F.U. Hartl F.U. Hartl Program in Cellular Biochemistry and Biophysics, Rockefeller Research Laboratories, Sloan-Kettering Institute, New York, NY 10021. Search for more papers by this author Author Information J. Frydman1, E. Nimmesgern1, H. Erdjument-Bromage1, J.S. Wall1, P. Tempst1 and F.U. Hartl1 1Program in Cellular Biochemistry and Biophysics, Rockefeller Research Laboratories, Sloan-Kettering Institute, New York, NY 10021. The EMBO Journal (1992)11:4767-4778https://doi.org/10.1002/j.1460-2075.1992.tb05582.x PDFDownload PDF of article text and main figures. ToolsAdd to favoritesDownload CitationsTrack CitationsPermissions ShareFacebookTwitterLinked InMendeleyWechatReddit Figures & Info T-complex polypeptide 1 (TCP-1) was analyzed as a potential chaperonin (GroEL/Hsp60) equivalent of the eukaryotic cytosol. We found TCP-1 to be part of a hetero-oligomeric 970 kDa complex containing several structurally related subunits of 52–65 kDa. These members of a new protein family are assembled into a TCP-1 ring complex (TRiC) which resembles the GroEL double ring. The main function of TRiC appears to be in chaperoning monomeric protein folding: TRiC binds unfolded polypeptides, thereby preventing their aggregation, and mediates the ATP-dependent renaturation of unfolded firefly luciferase and tubulin. At least in vitro, TRiC appears to function independently of a small co-chaperonin protein such as GroES. Folding of luciferase is mediated by TRiC but not by GroEL/ES. This suggests that the range of substrate proteins interacting productively with TRiC may differ from that of GroEL. We propose that TRiC mediates the folding of cytosolic proteins by a mechanism distinct from that of the chaperonins in specific aspects. Previous ArticleNext Article Volume 11Issue 131 December 1992In this issue RelatedDetailsLoading ...

Protein function is often regulated by posttranslational modifications (PTMs), and recent advances in mass spectrometry have resulted in an exponential increase in PTM identification. However, the functional significance of the vast majority of these modifications remains unknown. To address this problem, we compiled nearly 200,000 phosphorylation, acetylation, and ubiquitination sites from 11 eukaryotic species, including 2,500 newly identified ubiquitylation sites for Saccharomyces cerevisiae. We developed methods to prioritize the functional relevance of these PTMs by predicting those that likely participate in cross-regulatory events, regulate domain activity, or mediate protein-protein interactions. PTM conservation within domain families identifies regulatory “hot spots” that overlap with functionally important regions, a concept that we experimentally validated on the HSP70 domain family. Finally, our analysis of the evolution of PTM regulation highlights potential routes for neutral drift in regulatory interactions and suggests that only a fraction of modification sites are likely to have a significant biological role.

Folding within the crowded cellular milieu often requires assistance from molecular chaperones that prevent inappropriate interactions leading to aggregation and toxicity. The contribution of individual chaperones to folding the proteome remains elusive. Here we demonstrate that the eukaryotic chaperonin TRiC/CCT (TCP1-ring complex or chaperonin containing TCP1) has broad binding specificity in vitro, similar to the prokaryotic chaperonin GroEL. However, in vivo, TRiC substrate selection is not based solely on intrinsic determinants; instead, specificity is dictated by factors present during protein biogenesis. The identification of cellular substrates revealed that TRiC interacts with folding intermediates of a subset of structurally and functionally diverse polypeptides. Bioinformatics analysis revealed an enrichment in multidomain proteins and regions of beta-strand propensity that are predicted to be slow folding and aggregation prone. Thus, TRiC may have evolved to protect complex protein topologies within its central cavity during biosynthesis and folding.