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雙鏈RNA（dsRNA）是一種保守的病原相關(guān)分子模式，是病毒復(fù)制的標(biāo)志物。dsRNA由被稱為模式識(shí)別受體（Pattern Recognition Receptor,PRR）的感受器識(shí)別。經(jīng)典的dsRNA感受器包括內(nèi)體中的 TLR3和細(xì)胞質(zhì)中的RIG-I和MDA5等【1-3】。這些dsRNA感受器會(huì)觸發(fā)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，導(dǎo)致干擾素（interferon，IFN）和促炎細(xì)胞因子的表達(dá)和分泌。而干擾素作為一種自分泌和旁分泌因子，則與細(xì)胞表面的受體結(jié)合，啟動(dòng)JAK/STAT 信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)，上調(diào)一系列抗病毒反應(yīng)相關(guān)的基因表達(dá)，這些基因統(tǒng)稱為干擾素刺激基因（Interferon Stimulated Gene，ISG），它們可以干擾病毒生活史的幾乎所有階段【4,5】。

響應(yīng)IFN信號(hào)的蛋白激酶 R（PKR，也稱為EIF2AK2）也是一個(gè)重要的dsRNA的感受器【6】。它可以被dsRNA激活，磷酸化翻譯起始因子eIF2亞基eIF2α的Ser51位點(diǎn)，阻斷eIF2三元復(fù)合物和43 S翻譯前起始復(fù)合物的形成，因此導(dǎo)致翻譯整體水平的抑制【7】。這個(gè)過(guò)程被稱為整合應(yīng)激反應(yīng)（Integrated Stress Response，ISR）。dsRNA誘導(dǎo)的ISR通常被視為一種抗病毒先天免疫機(jī)制，直接抑制病毒蛋白合成【8-10】。然而，由于這些發(fā)現(xiàn)和概念主要是在分化細(xì)胞中建立的，其在多能干細(xì)胞和早期胚胎中的適用性仍不明確。

越來(lái)越多的證據(jù)表明，未分化細(xì)胞和終末分化細(xì)胞對(duì)病毒和dsRNA刺激的反應(yīng)存在顯著差異。多潛能的胚胎干細(xì)胞（ESC）和畸胎瘤細(xì)胞在病毒感染或模擬dsRNA的poly(I:C)處理后不會(huì)產(chǎn)生I型干擾素（IFNs）【11】。此外，這些細(xì)胞對(duì)外源性干擾素的反應(yīng)也很弱【12】，這表明它們并不主要依賴于經(jīng)典的IFN信號(hào)通路進(jìn)行抗病毒反應(yīng)。相反，一小部分內(nèi)源性表達(dá)的ISGs保護(hù)干細(xì)胞免受病毒感染，但PKR并不在這些內(nèi)源表達(dá)的ISG中【13】，這也引發(fā)了PKR是否參與早期發(fā)育階段翻譯調(diào)控的疑問(wèn)。

2025年4月24日，山東大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院邵明教授聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院昆明動(dòng)物研究所毛炳宇研究員和山東大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院劉相國(guó)教授在Molecular Cell雜志發(fā)表了題為

Prkra dimer senses double-stranded RNAs to dictate global translation efficiency

的研究論文。該工作使用斑馬魚(yú)和小鼠早期胚胎以及小鼠胚胎干細(xì)胞作為多潛能干細(xì)胞的模型，發(fā)現(xiàn)了PRKRA二聚體是干細(xì)胞中特異并且跨物種保守的dsRNA感受器，并解析了其通過(guò)劫持eIF2復(fù)合體引發(fā)整體翻譯抑制的分子機(jī)制

斑馬魚(yú)胚胎本身是一團(tuán)干細(xì)胞，易于通過(guò)顯微注射進(jìn)行 dsRNA刺激，便于基因功能篩選，并且能輕松獲取大量材料進(jìn)行生物化學(xué)分析，因此是進(jìn)行這項(xiàng)研究的理想起始材料。dsRNA在斑馬魚(yú)早期胚胎中抑制蛋白質(zhì)合成，整體翻譯活性在長(zhǎng)dsRNA（>160 bp）刺激下甚至下降到正常水平的30%。核糖體印記分析（Ribo-seq）排除了dsRNA刺激對(duì)翻譯起始、延伸和終止過(guò)程的影響。實(shí)際上這種dsRNA引發(fā)的翻譯抑制類似于ISR，干擾了翻譯的預(yù)起始過(guò)程，早于核糖體裝載到mRNA上。然而，這種類似于ISR的現(xiàn)象并不依賴PKR和磷酸化的eIF2α（p-eIF2α），因?yàn)樵赑KR突變體胚胎中， eIF2α不能被磷酸化，但是翻譯抑制依然存在。

排除PKR后，作者進(jìn)行了RNA pulldown結(jié)合質(zhì)譜分析，發(fā)現(xiàn)了dsRNA相關(guān)的兩類關(guān)鍵性蛋白：dsRNA結(jié)合蛋白和翻譯起始因子eIF2和eIF2B。其中擁有三個(gè)串聯(lián)dsRNA結(jié)合域（dsRBD）的Prkra富集度和豐度都名列前茅。遺傳證據(jù)表明，Prkra缺失的斑馬魚(yú)胚胎感受dsRNA刺激的能力顯著減弱，dsRNA不能有效誘導(dǎo)翻譯抑制，提示Prkra才是干細(xì)胞中調(diào)控翻譯效率的dsRNA感受器。

在驗(yàn)證Prkra結(jié)合dsRNA的凝膠遷移實(shí)驗(yàn)（EMSA）中，研究人員意外發(fā)現(xiàn)Prkra-dsRNA復(fù)合物呈現(xiàn)階梯狀條帶分布，相鄰條帶的分子量正好相差約65 kD，相當(dāng)于Prkra蛋白分子量的兩倍，提示Prkra主要是以二聚體的形式特異性結(jié)合dsRNA。進(jìn)一步通過(guò)生化分析和AI預(yù)測(cè)，發(fā)現(xiàn)Prkra通過(guò)其前兩個(gè)dsRBD結(jié)合dsRNA，而dsRBD3則主要介導(dǎo)二聚化。Prkra的這種結(jié)合dsRNA能力和二聚化形式確保了其能在dsRNA上有序排列。

受RNA pulldown和質(zhì)譜結(jié)果的啟發(fā)，研究者進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)Prkra在dsRNA存在的前提下特異性的結(jié)合eIF2，這種結(jié)合能力高度依賴Prkra蛋白dsRBD3結(jié)構(gòu)域的二聚化。在dsRNA刺激后，Prkra二聚體能夠阻止eIF2組裝到40S核糖體亞基上，來(lái)減少43S翻譯起始前復(fù)合物（PIC）的形成，并最終實(shí)現(xiàn)翻譯抑制。

這種獨(dú)特的翻譯調(diào)控機(jī)制能夠高效抑制鯉春病毒（SVCV，一種負(fù)鏈RNA病毒）在斑馬魚(yú)胚胎中的復(fù)制。Prkra蛋白能夠結(jié)合SVCV病毒復(fù)制過(guò)程中生成的dsRNA，其缺失導(dǎo)致SVCV病毒在斑馬魚(yú)早期胚胎中爆發(fā)性復(fù)制。相反，PKR和干擾素系統(tǒng)在斑馬魚(yú)早期胚胎中并不能被SVCV和dsRNA激活。

值得注意的是，PRKRA的翻譯調(diào)控能力是跨物種保守的，它賦予哺乳動(dòng)物胚胎和胚胎干細(xì)胞感知dsRNA的能力。同樣重要的是，在分化細(xì)胞系Neuro-2a中，PRKRA介導(dǎo)的翻譯調(diào)控機(jī)制也依然得到保留，它與PKR/p-eIF2α軸幾乎同等重要，協(xié)同實(shí)現(xiàn)翻譯抑制。

受動(dòng)畫(huà)電影《哪吒之魔童降世》的啟發(fā)，PRKRA 在功能上類似于受人喜愛(ài)的結(jié)界獸，需要二聚化（配對(duì)）才能有效運(yùn)作（上圖）。它們站在象征dsRNA 的A型雙螺旋的絲帶上，而它們交叉的法器則象征PRKRA dsRBD3的二聚化。由此形成的結(jié)界限制了代表 eIF2 復(fù)合體的哪吒，阻止這種強(qiáng)大的存在在翻譯過(guò)程中發(fā)揮作用。

總體而言，該工作揭示了一種長(zhǎng)期被忽略的dsRNA感受機(jī)制和平行于ISR的翻譯調(diào)控機(jī)制，并且提示細(xì)胞分化過(guò)程中“dsRNA感受器轉(zhuǎn)換”現(xiàn)象的普遍存在。它特指在細(xì)胞分化過(guò)程中廣泛存在的dsRNA感受器從不激活干擾素的Prkra到激活或響應(yīng)干擾素的RIG-I、MDA5、TLR3和PKR等的前后承接。研究這種轉(zhuǎn)換的生物學(xué)意義和其與細(xì)胞分化標(biāo)志性事件的偶聯(lián)關(guān)系是未來(lái)非常有趣的研究方向，此外Prkra介導(dǎo)的應(yīng)激反應(yīng)是否可以用于發(fā)展新型的抗病毒和抗腫瘤的方法也值得高度關(guān)注。

山東大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院邵明教授、中國(guó)科學(xué)院昆明動(dòng)物研究所毛炳宇研究員、山東大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院劉相國(guó)教授為本論文的共同通訊作者。山東大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院博士生陸通為本論文的第一作者。

https://doi.org/10.1016/j.molcel.2025.04.005

制版人：十一

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