Science | 内质网自噬和泛素-蛋白酶体途径缓解因隐蔽剪接导致的蛋白毒性

摘要：在真核细胞中，许多前体mRNA （pre-mRNA）会发生剪接以生成不同的成熟mRNA，进而被翻译成结构和功能不同的蛋白质。色素性视网膜炎（RP）是一种以光感受器变性和失明为特征的疾病，目前鉴定的RP致病基因已超100种，其中一类便与pre-mRNA的剪接

撰文 | Qi

在真核细胞中，许多前体mRNA （pre-mRNA）会发生剪接以生成不同的成熟mRNA，进而被翻译成结构和功能不同的蛋白质。色素性视网膜炎（RP）是一种以光感受器变性和失明为特征的疾病，目前鉴定的RP致病基因已超100种，其中一类便与pre-mRNA的剪接相关，但其确切的调控机制仍然未知。

近日，来自德国法兰克福大学的Ivan Dikic团队在Science杂志上发表了一篇题为Pathogenic proteotoxicity of cryptic splicing is alleviated by ubiquitination and ER-phagy的文章，他们报道了人类细胞系、斑马鱼和小鼠中泛素特异性蛋白酶39（USP39）的缺乏可导致剪接体组装受损和隐蔽5’剪接位点（cryptic 5' splicing sites, C5'SS）为特征的细胞毒性特征（错误折叠的蛋白聚集、内质网应激等），但可通过上调泛素-蛋白酶体系统和内质网自噬来减轻，总之，这项研究结果有助于加深人们对剪接体相关疾病分子机制的理解。

剪接体相关疾病中经常能检测到能破坏U4/U6.U5 tri-snRNP剪接体复合物稳定性的突变，已知泛素特异性蛋白酶39 （USP39）可参与tri-snRNP的组装，而RP患者样本常检测到USP39缺乏【1-3】。为阐明RP发病是否与USP39缺乏相关，该团队利用CRISPR-Cas9生成usp39缺陷斑马鱼，发现其表型和转录组与人类RP受试者相似，而在靶向USP39的si-RNA处理的HeLa细胞中U4 snRNA、U5 snRNA和tri-snRNP蛋白的相互作用减少。MAJIQ工具【4】分析显示USP39缺陷HeLa细胞、斑马鱼和小鼠中未在人类参考基因组中注释的C5'SS事件增加，伴随外显子序列中移码或提前终止密码子的频率增加，但RNA-seq结果显示异常转录本并未下调，提示无义介导的mRNA衰减（NMD）受损。此外，负责在应激条件下维持蛋白质稳态的热休克反应（HSR）在USP39缺陷体内外系统中上调，说明蛋白稳态被破坏，且胞内出现不溶性蛋白的聚集。

随后，该团队分析了USP39缺陷细胞的蛋白质组，发现mTOR失活且自噬途径相关蛋白富集。已知BiP与受体FAM134B结合可促进内质网自噬（ER-phagy）并抵消ER应激【5】，该团队观察到USP39缺陷细胞中FAM134B与另一种在自噬中起关键作用的蛋白LC3B的共定位增加，提示细胞可能通过ER自噬从而在剪接受损的情况下减轻ER应激。

但胞内的蛋白毒性聚集体如何处理？通过对上述蛋白组结果进行分析发现USP39缺陷细胞中泛素化途径上调，为确定USP39的去泛素化活性是否与细胞内增强的泛素化有关，他们分析了USP39的催化活性，但与USP39相互作用的蛋白在其缺陷细胞中并未被泛素化。已知NRF1和HSF1可以诱导泛素蛋白酶体系统（UPS）基因转录以响应蛋白毒性应激【6】，而在USP39缺陷细胞中，该团队确实观察到HSF1和NRF1的激活，提示UPS系统可减轻错误折叠蛋白聚集引起的细胞毒性，若用MG132蛋白酶体抑制剂处理细胞则能导致胞质聚集物、内质网腔内未折叠蛋白和内质网应激的增加，损害细胞生长。

综上，这项工作表明USP39是剪接保真度的调节因子，其缺陷会激活C5'SS的使用并产生蛋白毒性剪接变体，从而触发胞质蛋白聚集和内质网应激，激活UPR途径并导致细胞死亡，这些发现提供了对剪接体相关疾病发病机制的深入了解，也为未来针对这类疾病（例如RP）的靶向治疗提供了潜在的策略。

science.org/doi/10.1126/science.adi5295

制版人：十一

参考文献

1. Y.-H. Huang, C.-S. Chung, D.-I. Kao, T.-C. Kao, S.-C. Cheng,Mol. Cell. Biol.34, 210–220 (2014).
2. D. E. Agafonov et al.,Science351, 1416–1420 (2016) .

3. A. Buskin et al.,Nat. Commun.9, 4234 (2018).

4. J. Vaquero-Garcia et al.,eLife5, e11752 (2016).

5. S. Chipurupalli et al.,Cell Death Dis.13, 357 (2022).

6. A. Northrop, H. A. Byers, S. K. Radhakrishnan,Mol. Biol. Cell31, 2158–2163 (2020).

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来源：大嘴叨科学