Molecular Cell丨ZNF574：核糖体功能质检员

摘要：真核细胞的核糖体是一个复杂的分子机器，负责将mRNA翻译成蛋白质。它同时包含RNA和蛋白质，并且，由大约200个蛋白质因子和许多小RNA共同完成复杂组装【1】。上述成分参与数百个跨越核仁、核质和细胞质的时空协同反应【2，3】。这个精细的过程容易受到各种形式的破

撰文丨我的闺蜜老红帽

真核细胞的核糖体是一个复杂的分子机器，负责将mRNA翻译成蛋白质。它同时包含RNA和蛋白质，并且，由大约200个蛋白质因子和许多小RNA共同完成复杂组装【1】。上述成分参与数百个跨越核仁、核质和细胞质的时空协同反应【2，3】。这个精细的过程容易受到各种形式的破坏和损坏。环境压力【4，5，6】以及遗传扰动会导致转录翻译出错以及转录后修饰异常，从而破环核糖体功能，产生无功能的中间体。核糖体功能异常导致蛋白质合成减少，细胞压力增加，甚至引起细胞死亡。在机体水平上，对于不同组织和不同发育阶段，核糖体功能异常表现为不同的病理表型。如果不加以解决，异常核糖体的积累可能对细胞活力和人类健康产生可怕的后果。

虽然先前的研究主要集中在促进核糖体正常组装的因素上，但针对异常前核糖体的质量控制机制仍然研究较少。尽管有令人信服的证据表明存在质量控制途径，但学界对所涉及的因素以及检测和降解异常核糖体机制的理解仍然有限。由于缺乏鉴定和分离异常核糖体的可靠方法，对核糖体质量控制的研究一直受到阻碍。已经有人尝试通过细胞毒剂，如紫外线、氧化应激压力，或通过突变或删除组装因子来破坏核糖体的功能，增加有缺陷的核糖体的数量，然而，上述处理严重影响细胞活力，继发性效应也使结果的解释复杂化。

近期，来自美国Carnegie Institution for Science的Kamena K. Kostova研究组在Molecular Cell上发表题为ZNF574 is a quality control factor for defective ribosome biogenesis intermediates的文章，成功开发了一个模拟人类细胞异常核糖体的系统，并发现蛋白质ZNF574可以降解无功能中间体，是核糖体功能质检员。

为了研究异常核糖体所合成的中间体是如何被检测和消除的，作者设计了一套人类细胞系，其中由于突变核糖体蛋白uL16 （uL16mut）的载入，一组大核糖体亚基未能完全成熟。该突变体缺少对肽基转移酶中心形成至关重要的残基。值得注意的是，表位标记uL16mut，能够从核糖体库中监测和分离有异常核糖体所合成的中间体。为了研究人类细胞中的核糖体异常，作者还在在K562细胞中异位表达了一个GFP标记的uL16mut，并通过蔗糖梯度分离分析了核糖体群体。采用A260吸收法测定所有核糖体的组装状态和翻译状态，采用GFP荧光法监测含有GFP标记uL16的核糖体。GFP标记的uL16与60S大亚基、80S单体和翻译多体结合，证实该标记不干扰组装或翻译。

为了证实uL16mut的结合阻断了60S的成熟，作者纯化了uL16WT或uL16mut，并通过western blotting和质谱法鉴定了相关蛋白。作者没有检测到uL16mut和小亚基蛋白之间的相互作用，验证了含有uL16mut的60S （60Smut）不能与小亚基配对。作者还观察到晚期核糖体功能因子富集，包括阻断40S-60s过早结合的eIF6，这为60Smut无法与40S结合提供了机制解释。

为了测试60Smut是否经过质量控制和降解，作者在K562细胞中表达GFP标记的uL16WT或uL16mut。在真核生物中，核糖体降解通过自噬或蛋白酶体发生。作者发现，uL16mut不会通过自噬降解。相反，作者检测到uL16mut的多泛素化，证实60Smut被泛素-蛋白酶体系统降解。

接下来，通过上述系统和CRISPRi 遗传筛选，作者确定ZNF574是质量控制途径的关键组成部分，作者称之为核糖体组装监视途径（ribosome assembly surveillance pathway ，RASP）。RASP破环导致异常中间体的积累，最终阻碍核糖体组装功能，破坏蛋白质稳态。

最后，作者采用斑马鱼模型，确定敲除znf574会导致多组织器官的缺陷，这一现象与人类核糖体疾病的临床症状较为类似。

综上所述，作者设计了一个系统来干扰人类细胞中的核糖体组装，并发现有缺陷的核糖体会通过泛素-蛋白酶体系统被降解。作者还确定ZNF574是质量控制途径的关键组成部分。在动物模型中，ZNF574的缺失导致发育缺陷，强调了RASP在机体健康中的重要性。

文章来源：https://doi.org/10.1016/j.molcel.2025.04.017

制版人：十一

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