细胞内的蛋白质生物合成受到严格且精细的调控,这使得生物体可以应对各种各样的生存需求。
其中翻译延伸是蛋白质合成中最为耗能的一步,它决定了蛋白合成的效率和准确性。这一步主要由eEFK/eEF通路调控,各种不同的信号通路像是Ca+/calmodulin,p38MAPK,S6K,mTOR,和PKA,它们通过调节eEFK的活性影响eEF的磷酸化水平,从而抑制或激活翻译延伸。
在神经细胞中,eEFK/eEF通路对于活性依赖的突触可塑性以及记忆巩固至关重要,其中有个没有回答的重要问题就是,有没有其它因子能拮抗eEFK的作用直接参与eEF磷酸化的调节,从而使得细胞保持足够灵敏的反应性。
01年3月3日,MolecularCell在线发表了东南大学生命科学与技术学院的韩俊海课题组的研究成果PQBP1promotestranslationalelongationandregulateshippocampalmGluR-LTDbysuppressingeEFphosphorylation。
该研究发现智力障碍相关蛋白PQBP1能够直接和eEF结合调节其磷酸化水平,它是eEFK/eEF通路动态调控网络的重要组成。在海马神经元中干扰PQBP1和eEF的相互作用,会导致突触可塑性受损以及认知功能异常。
这一发现为PQBP1相关的智力发育障碍疾病提供了新的机理解释,同时因为PQBP1在组织中有广泛表达,参与发育、分化、病毒感染以及肿瘤发生等过程,新发现的PQBP1-eEF-eEFK调控机制也为神经系统疾病、病毒感染以及肿瘤的治疗提供了新的思路。
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东南大学生命科学与技术学院的韩俊海教授团队长期致力于儿童孤独症以及神经发育相关疾病的致病机制研究。
Renpenning综合征是一种X染色体连锁的智力发育障碍,由多聚谷氨酰胺结合蛋白1(Polyglutaminebindingprotein1,PQBP1)基因突变而致[1]。PQBP1主要定位于细胞核中参与了基因转录和mRNA的剪切过程[-5],但分布在细胞质中PQBP1是不是具有单独的功能一直不是很清楚。
Kunde等发现PQBP1与许多RNA结合蛋白如FMRP、KSRP等相互作用定位在细胞质的RNA颗粒上,可能参与mRNA的转运[6]。韩俊海团队最先在果蝇和细胞为模型中发现胞质中的PQBP1主要分布在含有mRNPs、40S、60S核糖体亚基和80S单体核糖体的组份中,并负责靶mRNA从mRNP复合体向翻译核糖体的转运,PQBP1通过介导膜蛋白Chaoptin的表达而影响感光细胞的发育,揭示出PQBP1在细胞质中参与mRNA翻译的新分子功能[7]。
在本项研究中,他们团队继续对PQBP1在高等哺乳动物中参与蛋白合成调控的机制进行了深入研究。韩俊海教授课题组的沈玉倩博士利用免疫共沉淀的方法对胞质PQBP1的互作分子进行了质谱鉴定,发现胞质PQBP1与许多核糖体蛋白、延伸因子等翻译过程相关的蛋白分子互作,其中翻译延伸因子eEF具有最高的丰富度。
经过细致的生化分析,研究人员确定了PQBP1可以通过其WW结构域直接结合于翻译延伸因子eEF的T56磷酸化位点附近,从而保护eEF不被其专属激酶eEFK所磷酸化,促进蛋白合成。HarringtonineRun-Off[10]实验显示敲降PQBP1后降低了翻译延伸速率。
研究人员进一步利用氨酰-tRNA类似物Puromycin标记新生蛋白[8],发现细胞系中敲降PQBP1后新生蛋白的合成量明显降低。同时利用甲硫氨酸类似物HPG标记新生蛋白[9],他们发现PQBP1条件性敲除小鼠的肝脏原代细胞中新生蛋白明显减少,验证了PQBP1是蛋白合成所必需的关键因子。
eEFK/eEF对于活性依赖的突触可塑性非常重要。在代谢型谷氨酸受体依赖的长时程抑制(mGluR-LTD)中,DHPG激活mGluR,活化的mGluR通过钙离子的内流激活eEFK以促进eEF的磷酸化,抑制翻译延伸过程,使总蛋白的合成下降,但是会增加突触活动相关分子Arc/Arg3.1的快速翻译,Arc/Arg3.1与Endo和Dyn形成复合物,并诱导AMPA受体的内吞从而介导突触可塑性LTD的产生[10]。
PQBP1在成年小鼠的海马神经元中高表达,以往的研究