Nat Cell?Biol?|?G3BP應激顆粒蛋白加強ISR翻譯抑制程序

撰文|一只魚

當細胞 受到 氧化應激、高溫和有害化學物質等壓力時，會啟動 整合應激反應 （ ISR ） ， 導致整體翻譯水平下降，同時允許應激響應性mRNA進行選擇性翻譯，從而幫助細胞應對壓力。在這種劇烈的翻譯狀態轉變過程中，細胞質中會通過液-液相分離形成 應激顆粒 ， 這些顆粒是由RNA結合蛋白、mRNA和翻譯機器組成的無膜結構。應激顆粒包含多樣化的蛋白質組，其形成必須依賴RNA結合蛋白G3BP1與G3BP2（統稱 為 G3BPs ）。 但 G3BPs蛋白與應激顆粒在應激期間對翻譯的整體影響 仍不清楚。

近日，來自 美國Whitehead生物醫學研究所的 David P. Bartel 研究團隊 在 Nature Cell Biology 上 發表題為 The G3BP stress-granule proteins reinforce the integrated stress response translation programme 的 文章， 發現 應激顆粒富集著對應激誘導的翻譯關閉具有抵抗性的mRNA ， 準確招募這些抗應激mRNA需要應激背景 。 光遺傳學工具與加標標準化核糖體圖譜技術的結合分析表明，G3BPs和應激顆粒 充分必要 幫助優先翻譯其富集的mRNA，并同時抑制細胞質中的翻譯活動 。

為 了 用核糖體圖譜測量應激導致的翻譯效率 的 絕對變化， 研究人員開 發了一種核糖體圖譜加標法（ ribo-spike ） ， 用確定量的兔網織紅細胞裂解液翻譯正交螢火蟲熒光素酶mRNA，隨后將其加標至每個樣本中 。為了敲除G3BPs，他們用RFP和 植物激素誘導降解標簽（AID） 標記 內源性G3BP1和G3BP2基因，從而在添加吲哚-3-乙酸（IAA）后實現蛋白的快速高效降解 。 利用這些降解系細胞， 他們 采用核糖體圖譜結合ribo-spike技術，比較了細胞翻譯狀態 ，發現 相較于G3BPs缺失細胞，正常細胞在 ISR 期間呈現稍強的全局翻譯抑制（1.4倍），這與 以往研究 中G3BPs對ISR引起的全局翻譯抑制基本非必需的觀點一致 ，但也說明 G3BPs確實對ISR期間發生的 強烈 翻譯抑制有所貢獻， 雖然 作用有限。 他 們比較了G3BPs存在與ISR激活各自引發的翻譯變化，發現兩者呈明確正相關 ， 意味著 G3BPs傾向于在翻譯水平上正向調控ISR上調的mRNA，同時負向調控ISR下調的mRNA，從而強化ISR翻譯程序 。

他 們進一步分析ISR調控與應激顆粒富集度的關系，發現應激期間翻譯得以維持或增強的mRNA更傾向富集于應激顆粒 ， 而高敏感型mRNA則呈耗竭趨勢 ，并且 G3BPs的存在傾向于增強應激顆粒富集型mRNA的翻譯效率，而對應激顆粒耗竭型mRNA則呈現翻譯抑制趨勢 ，提示 那些受ISR翻譯程序最強上調的轉錄本通過定位于應激顆粒進而獲得G3BPs介導的進一步翻譯增強 。接下來他們想知道 應激顆粒 的 形成是否足以在無外源應激時驅動這些翻譯變化， 于是他 們嘗試在非應激條件下 誘導 異位應激顆粒 ，通過 改進CRY2光遺傳學系統。將G3BP1的N端NTF2L二聚化結構域替換為藍光依賴的隱花色素2光裂合酶同源區寡聚化結構域（CRY2），并 加上 GFP標簽（GFP::CRY2::G3BPΔN） ， 即使在無藍光條件下，多西環素誘導表達該構建體仍能導致約20%細胞形成異位凝聚體，當這些細胞暴露于藍光時， 應激顆粒 形成顯著增強 ， 3小時內約80%細胞出現 應激顆粒，稱為 光控顆粒 （ OGs ）。他們發現 OGs誘導細胞呈現適度的全局 翻譯效率 下降 ，但進一步分析顯示 OGs 翻譯變化既 不 與ISR翻譯程序相關，也 不 與應激細胞中G3BP依賴性翻譯變化相關 ， 應激顆粒富集型mRNA的翻譯表現 也 并不優于 其他 mRNA。 因此 OGs雖能驅動適度的全局翻譯抑制，但不足以特異地啟動ISR 。

由于 應激條件下形成的應激顆粒與無應激條件下形成的光控顆粒 中的 mRNA 組分可能不同，他們 將多西環素誘導的GFP::CRY2::G3BPΔN構建體整合到表達內源性AID::RFP::G3BPs與多西環素誘導型OsTIR1（負責AID降解的E3連接酶）的細胞中。經過多西環素和IAA處理，這些細胞降解了內源性G3BPs并以GFP::CRY2::G3BPΔN替代，使其即使在應激條件下，若無藍光照射也無法形成應激顆粒。但當這些細胞同時經歷應激和藍光照射時能迅速形成顆粒 ，這種 應激條件下形成的光控顆粒稱為 應激光控顆粒 （ SOGs ） 。 隨后 他 們對光控顆粒與應激光控顆粒相關的轉錄本進行純化和測序 ，發現無應激條件下形成的OGs 與對照應激顆粒相關性 較低，而SOGs 富集的轉錄本與對照應激顆粒高度相似，這說明應激顆粒與 OGs 轉錄組的差異源于細胞應激狀態 ，因此 建立應激顆粒轉錄組不僅需要G3BPs構建的相互作用網絡，還依賴于細胞應激期間形成的RNA結合 狀況 。最后他們 將報告基因錨定至應激顆粒來 檢測 其翻譯是否受影響 ， 選擇與內源性G3BP1融合的MCP作為應激顆粒錨定蛋白 ， 將報告基因穩定整合至內源性GFP::G3BP1或MCP::GFP::G3BP1的細胞中 , 報告基因編碼與大腸桿菌二氫葉酸還原酶（ecDHFR）不穩定結構域融合的納米熒光素酶（nLuc） ， 該結構域可導致其融合蛋白快速周轉，從而確保檢測到近期翻譯的nLuc活性。報告基因mRNA的3′-UTR包含24個噬菌體MS2發夾結構陣列，可結合MCP，從而將報告基因錨定至應激顆粒 ，通過分析驗證了 定位至應激顆粒 會 使mRNA在應激期間獲得優先翻譯 權 。

總的來說，這項研究 揭示了 G3BPs和應激顆粒通過優先翻譯其內部富集的mRNA來強化應激翻譯程序 。

https://doi.org/10.1038/s41556-025-01834-3

制版人： 十一

學術合作組織

（*排名不分先后）

戰略合作伙伴

（*排名不分先后）

轉載須知

【非原創文章】本文著作權歸文章作者所有，歡迎個人轉發分享，未經作者的允許禁止轉載，作者擁有所有法定權利，違者必究。

BioArt

Med

Plants

人才招聘

近期直播推薦

點擊主頁推薦活動

關注更多最新活動！