PNAS?| 劉曉敏/周君合作揭示m?A甲基轉(zhuǎn)移酶復(fù)合體共翻譯組裝新模式及其干預(yù)策略

蛋白質(zhì)在細(xì)胞中常以多亞基復(fù)合體的形式存在，這些復(fù)合體通過模塊化的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了廣泛的蛋白質(zhì)相互作用，進(jìn)而有效執(zhí)行多樣化的生理功能【1】。然而，在細(xì)胞內(nèi)部密集且復(fù)雜的微環(huán)境中， 如何高效、精準(zhǔn)地組裝并穩(wěn)定維持由多重相互作用構(gòu)成的蛋白質(zhì)復(fù)合體，仍是一個(gè) 重要 挑戰(zhàn)。 近年研究表明，許多蛋白質(zhì)復(fù)合體可通過共翻譯組裝途徑形成。在這一過程中，蛋白質(zhì)亞基在核糖體上合成的同時(shí)即開始相互結(jié)合，不僅提升了新合成蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性和溶解性，也確保了復(fù)合體中各組分精確的化學(xué)計(jì)量比【2, 3】。 N 6 - 甲基腺嘌呤（ N 6 -methyladenosine, m 6 A ） 作為真核生物中最關(guān)鍵的 RNA 化學(xué)修飾之一，在調(diào)控 RNA 功能和細(xì)胞生命活動(dòng)中具有重要作用。 m 6 A 修飾主要由 其 甲基轉(zhuǎn)移酶復(fù)合體（ methyltransferase complex, MTC ）催化生成，該復(fù)合體的核心催化亞基為 METTL3 ，而 METTL14 則作為 RNA 結(jié)合的支架蛋白【4,5】。然而，該復(fù)合體在細(xì)胞內(nèi)的組裝模式與調(diào)控機(jī)制尚不完全清楚。

近日，中國(guó)藥科大學(xué) 劉曉敏 教授和 周君 教授 研究 團(tuán)隊(duì) 合作 在 PNAS 雜志在線發(fā)表題為 Cotranslational assembly directs the biogenesis of the m 6 A methyltransferase complex 的研究論文。 該研究 揭示 共翻譯 途徑 指導(dǎo) m 6 A 甲基轉(zhuǎn)移酶復(fù)合體組裝的 關(guān)鍵調(diào)控 模式和 機(jī)制 ，并 進(jìn)一步 開發(fā)靶向該組裝途徑的多肽抑制劑，為靶向致癌性 m 6 A 通路治療白血病 提供潛在治療 新 策略。

作為 MTC 的核心催化組件， METTL3 與 METTL14 通過形成異源二聚體發(fā) 揮功能。 為探究二者的調(diào)控關(guān)系， 研究 人員 利用 METTL3 或 METTL14 敲低細(xì)胞系和蛋白降解抑制劑 ，發(fā)現(xiàn)兩者的蛋白表達(dá)水平相互依賴 ，且其 相互調(diào)控機(jī)制既不依賴于轉(zhuǎn)錄水平， 也無(wú)法通過抑制蛋白降解通路來(lái)恢復(fù) ， 推測(cè) MTC 可能在翻譯過程中即 開始 組裝 。 為驗(yàn)證這一假設(shè)， 研究人員 結(jié)合 蔗糖離心分離核糖體組分 和 新生肽鏈的 RNA 免疫共沉淀 技術(shù) ，發(fā)現(xiàn)在 翻譯阻滯劑環(huán)己酰亞胺（ cycloheximide, CHX ） 處理?xiàng)l件下，新生的 METTL3 蛋白能夠特異性地富集 METTL14 的 mRNA ，而 翻譯提前終止劑嘌呤霉素（ puromycin, Puro ） 處理則顯著 抑制 了該相互作用。反向?qū)嶒?yàn)也證實(shí)，新生 METTL14 同樣能夠富集 METTL3 的 mRNA 。 隨后 通過利用 蛋白 免疫熒光 結(jié)合 單分子 RNA 熒光原位雜交技術(shù) ， 研究人員 觀察到 細(xì)胞質(zhì)中部分 METTL3 的 mRNA 與 METTL14 蛋白存在 Puro 敏感的共定位模式 ， 反之 亦然 。 以上結(jié)果提示， METTL3 與 METTL14 在翻譯過程中即開始發(fā)生特異性 的 二聚化。 蛋白質(zhì)復(fù)合體通常通過兩種模式進(jìn)行共翻譯 組裝 ：共翻譯共組裝（新生肽鏈間直接結(jié)合）或共翻譯后組裝（新生肽鏈與已成熟的蛋白結(jié)合）。為明確 MTC 的組裝模式， 研究人員 通過 N 端與 C 端標(biāo)簽融合蛋白 的共表達(dá)及 RNA 免疫共沉淀分析 ， 發(fā)現(xiàn) MTC 的 組裝遵循 “ 共翻譯共組裝 ” 模式。 通過截?cái)鄬?shí)驗(yàn)，研究人員進(jìn)一步確定，介導(dǎo) 其 翻譯相互作用的關(guān)鍵區(qū)域是 METTL3 與 METTL14 的甲基轉(zhuǎn)移酶結(jié)構(gòu)域。 利用鄰近標(biāo)記結(jié)合蛋白質(zhì)譜技術(shù)進(jìn)行分析， 研究 人員 鑒定出大量核糖體蛋白以及參與蛋白折疊的因子，特別是細(xì)胞質(zhì)伴侶蛋白復(fù)合物 CCT 的多個(gè)組分。 經(jīng)過功能驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn) CCT 4 作為關(guān)鍵的輔助因子，參與了 MTC 的共翻譯組裝過程。 此外， 基于 METTL3/14 互作 界面的 結(jié)構(gòu)特征 ， 研究 人員 設(shè)計(jì)并合成了靶向該界面的多肽抑制劑。在急性髓系白血病 （ a cute myeloid leukemia , AML ） 細(xì)胞模型中，多肽抑制劑 M14P1 對(duì)多種細(xì)胞系表現(xiàn)出顯著的抗 腫瘤 活性，可 抑制腫瘤 細(xì)胞增殖 并誘導(dǎo)其 凋亡。 機(jī)制研究顯示， M14P1 可進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)， 干預(yù) MTC 的共翻譯組裝過程 ，導(dǎo)致細(xì)胞整體 m 6 A 修飾水平下降 ，抑制 多個(gè) 含有 m 6 A 修飾 的癌 轉(zhuǎn)錄本 （如 SP1 、 MYC 、 BRD4 ）的 蛋白 表達(dá)，從而發(fā)揮抗白血病作用。

綜上所述，本研究揭示了共翻譯組裝在 m 6 A 甲基轉(zhuǎn)移酶復(fù)合體體內(nèi)形成過程中的關(guān)鍵作用與調(diào)控機(jī)制。 基于此，研究 人員 成功開發(fā)了靶向該組裝過程的多 肽抑制劑。該抑制劑能夠有效阻斷 MTC 復(fù)合體的形成 ，并表現(xiàn)出良好的抗腫瘤活性 ，為 AML 的治療提供了一種 有潛力 的靶向干預(yù)新策略。

中國(guó)藥科大學(xué)博士研究生吳響， 張昊天 、 黃鈴詞 為本文的共同第一作者。中國(guó)藥科大學(xué)劉曉敏教授和周君教授為本文的共同通訊作者。 該研究還得到了 湖南大學(xué)史俊峰 教授的幫助。

原文鏈接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2517258123

制版人：十一

參考文獻(xiàn)

1. Marsh, J. A. & Teichmann, S. A. Structure, dynamics, assembly, and evolution of protein complexes.Annu. Rev. Biochem.84 , 551–575 (2015).

2. Bernardini, A. & Tora, L. Co-translational assembly pathways of nuclear multiprotein complexes involved in the regulation of gene transcription.J. Mol. Biol.436 , (2024).

3. Wells, J. N., Bergendahl, L. T. & Marsh, J. A. Co-translational assembly of protein complexes.Biochem. Soc. Trans.43 , 1221–1226 (2015).

4. Wang, P., Doxtader, K. A. & Nam, Y. Structural basis for cooperative function of Mettl3 and Mettl14 methyltransferases.Mol. Cell63 , 306–317 (2016).

5. Wang, X. et al. Structural basis of N6-adenosine methylation by the METTL3-METTL14 complex.Nature534 , 575–578 (2016).

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