RNF10 和 RIOK3：调控核糖体亚基平衡的关键因子 —— 解锁细胞内蛋白质合成质量控制新机制

为探究 iRQC 激活机制及相关调控因素，研究人员发现 RNF10 和 RIOK3 在 60S 亚基生成受阻或氨基酸饥饿时促进 40S 亚基降解。

　　在细胞的微观世界里，蛋白质的合成就像一场精密的交响乐演奏，每一个环节都至关重要。核糖体作为蛋白质合成的 “工厂”，其大小亚基（60S 和 40S）的平衡对于维持正常的翻译过程起着关键作用。一旦这个平衡被打破，就如同演奏时乐器之间失去协调，会引发一系列问题。例如，当 60S 亚基的生物合成出现异常，或者细胞遭遇氨基酸饥饿等压力时，细胞内的翻译过程会受到严重影响。然而，长期以来，细胞如何感知并应对这些异常情况，以及在这些过程中相关的分子机制是怎样的，一直是科学家们渴望解开的谜团。

为了揭开这些谜团，来自美国加利福尼亚大学圣地亚哥分校（University of California, San Diego）的 Pierce W. Ford、Danielle M. Garshott 等研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Cell Reports》上，为我们理解细胞内蛋白质合成的质量控制机制提供了重要线索。

在这项研究中，研究人员运用了多种关键技术方法。首先，利用 RNA 干扰（RNAi）技术，通过转染特定的小干扰 RNA（siRNA）来敲低相关基因的表达，以此探究不同基因在核糖体亚基平衡调控中的作用。其次，采用蛋白质免疫印迹（Immunoblotting）技术，对细胞裂解液中的蛋白质进行分析，检测目标蛋白质的表达水平和修饰状态。此外，运用定量质谱分析（Quantitative Mass Spectrometry）精确测量细胞内各种核糖体蛋白质的丰度变化，为研究提供了关键的数据支持。

研究结果主要从以下几个方面展开：

1. 翻译组件对 iRQC 通路激活的影响：研究人员通过敲低多种已知的起始因子，并在有无三尖杉酯碱（HTN）处理的情况下检测 uS3 和 uS5 的泛素化程度。发现敲低 eIF4A1 几乎完全抑制了 HTN 刺激的核糖体泛素化，而敲低 60S 生物发生因子 eIF6 则诱导了 uS3 和 uS5 的泛素化。这表明 eIF4A1 和 eIF6 在 iRQC 通路激活中起着相反的作用，eIF4A1 水平的降低会减少被 RNF10 泛素化的核糖体群体12。
2. 60S 生物合成中断对 iRQC 的刺激作用：研究人员对多个 60S 生物发生因子进行敲低实验，发现除了 EFL1 和 SBDS 外，几乎所有被测试的 60S 生物发生因子敲低都导致了 uS3 和 uS5 的泛素化增强。这说明在 60S 生物合成途径的不同步骤进行干扰，都能够诱导 iRQC 激活。同时，通过多聚核糖体分析证实，敲低 60S 生物发生因子会导致游离 60S 亚基和 80S 核糖体减少，但不改变游离 40S 亚基水平34。
3. 60S 生物合成中断与 40S 亚基丰度的关系：运用定量质谱分析，研究人员发现敲低 60S 生物发生因子不仅降低了 60S 蛋白质的丰度，也导致了 40S 核糖体蛋白质丰度的下降。这表明 60S 生物合成中断会使整个 40S 或 60S 亚基的丰度降低，而非部分核糖体蛋白质。此外，研究还发现 60S 生物合成中断会改变核糖体的 traffic patterns，形成半聚体核糖体群体，且这些半聚体中 40S:60S 的比例增加56。
4. RNF10 在 40S 亚基降解中的作用：通过对蛋白质组数据集的分析，研究人员发现 RNF10 在 60S 生物发生因子敲低时蛋白水平增加，且这种增加是通过翻译控制机制实现的，RNF10 的 5^′UTR 中的上游开放阅读框（uORFs）在其中起到了关键的调控作用。进一步实验表明，RNF10 是 60S 生物合成中断时降低 40S 丰度所必需的，敲除 RNF10 会显著减弱 40S 的降解78。
5. eIF4A1 对 40S 亚基降解的影响：研究人员发现，eIF4A1 的敲低会阻止 60S 生物合成中断时 40S 水平的降低，同时减少 uS3 和 uS5 的泛素化。这表明 mRNA 与扫描前起始复合物的结合对于 RNF10 介导的 40S 泛素化至关重要，eIF4A1 依赖的扫描是 RNF10 介导 40S 泛素化和降解所必需的，且独立于其对 RNF10 表达的影响910。
6. 其他因子对 40S 亚基降解的影响：研究人员对一些可能参与 40S 亚基降解的因子进行研究，发现敲低 NFX1 或 NFXL1（人 Fap1 的同源蛋白）以及一些经典的 RQC 因子（如 ZNF598、ASCC2、ASCC3、PELO、HBS1L 和 GTPBP2），对 60S 或 40S 蛋白质丰度的影响与单独敲低 GTPBP4 相比并无显著差异。这说明这些因子在 60S 生物合成中断时对 40S 亚基降解并非必需，甚至可能拮抗 iRQC 通路11。
7. RIOK3 在 iRQC 通路中的作用：研究人员通过对蛋白质组数据集的筛选，发现 RIOK3 是一个新的 iRQC 因子。敲低 RIOK3 会阻止 60S 生物合成中断时 40S 蛋白水平的降低，且 RIOK3 的泛素结合和激酶活性对于其促进 40S 降解是必需的。这表明 RIOK3 在 RNF10 介导的核糖体泛素化下游发挥作用，是促进 40S 降解的关键因子1213。
8. 氨基酸饥饿对 40S 亚基降解的影响：研究人员通过在无赖氨酸和精氨酸的培养基中培养细胞，模拟氨基酸饥饿条件。发现氨基酸饥饿会导致核糖体亚基比例失衡，40S 相对 60S 减少（60S:40S 比值升高），且这种 40S 降解是由 iRQC 因子介导的，在 RNF10 或 RIOK3 敲除的细胞中，这种亚基比例失衡被阻断1415。

研究结论和讨论部分指出，该研究揭示了多种生物学条件（如 60S 生物合成中断和氨基酸饥饿）能够刺激 iRQC 依赖的 40S 降解，并且 iRQC 的能力是通过一种前馈机制来调节的，即在 iRQC 刺激条件下，RNF10 和 RIOK3 的水平会升高。这一发现对于理解细胞如何应对翻译应激具有重要意义，为进一步研究核糖体相关的质量控制机制提供了新的视角。同时，研究还发现哺乳动物的 iRQC 通路与酵母的 18S 非功能性 rRNA 降解（NRD）通路虽然在起始泛素化事件上存在相似性，但下游机制可能在进化过程中发生了分歧。此外，研究也存在一定的局限性，例如 40S 丰度测量的变异性来源尚未明确，RNF10 和 RIOK3 靶向的核糖体物种也有待进一步确定等。但总体而言，这项研究为细胞内蛋白质合成质量控制机制的研究奠定了重要基础，为后续的相关研究提供了宝贵的线索。