撰文 | 敏一
傳統(tǒng)觀點認為，翻譯延伸速度主要受密碼子使用偏好、tRNA豐度或mRNA二級結(jié)構(gòu)等影響【1】。局部翻譯速度的變化可影響共翻譯折疊，例如低頻密碼子引起的核糖體暫?？赡軒椭囟ńY(jié)構(gòu)域正確折疊或輔因子整合【2】。然而，這種調(diào)控被認為是基因的固有特性，無法響應(yīng)動態(tài)環(huán)境變化。
在細菌中，小RNA（sRNAs）作為關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄后調(diào)控因子，通常通過堿基配對的方式靶向mRNA的5’非翻譯區(qū)（5’UTR），從而抑制翻譯起始或促進mRNA降解，這一機制在環(huán)境適應(yīng)和壓力應(yīng)答中發(fā)揮核心作用【3】。然而，隨著全局RNA互作組分析技術(shù)（如RIL-seq）的發(fā)展，研究發(fā)現(xiàn)許多sRNA-mRNA相互作用發(fā)生在編碼序列（CDS）內(nèi)部【4】。這些互作遠離傳統(tǒng)的調(diào)控?zé)狳c區(qū)域（如核糖體結(jié)合位點），其功能意義長期成謎——它們究竟是“分子噪音”，還是隱藏著全新的調(diào)控邏輯？
2025年4月7日，美國國家兒童健康與人類發(fā)展研究所Gisela Storz團隊在Molecular Cell期刊發(fā)表題為Modulation of protein activity by small RNA base pairing internal to coding sequences的研究論文。該研究通過整合生物信息學(xué)分析與體內(nèi)外實驗，首次揭示了sRNA與mRNA內(nèi)部CDS的配對可局部減緩翻譯延伸速度，很可能通過優(yōu)化共翻譯折疊過程，來顯著提升DNA連接酶（如LigA）和甲基轉(zhuǎn)移酶（如HemK）的活性。這一機制為細菌適應(yīng)環(huán)境壓力提供了分子基礎(chǔ)，并為真核生物中RNA調(diào)控蛋白質(zhì)折疊的研究提供了新思路。
研究團隊首先基于多個標(biāo)準從先前RIL-seq所得數(shù)據(jù)中篩選出大腸桿菌中sRNA與CDS內(nèi)部互作的7個候選靶點對，通過構(gòu)建SPA標(biāo)簽融合蛋白系統(tǒng)，評估sRNA過表達對靶蛋白豐度的影響。這其中有5個候選靶點的蛋白質(zhì)水平不受sRNA過表達的影響，其中包括ArcZ-ligA和ArcZ-hemK互作對。為了驗證sRNA-CDS互作的功能，研究人員接下來以ArcZ-ligA和ArcZ-hemK為例進行研究探索。
ArcZ sRNA與ligA mRNA的配對發(fā)生在ligA的CDS內(nèi)部。研究發(fā)現(xiàn)，這種配對并未改變LigA蛋白的表達水平，但卻顯著提高了其DNA連接酶活性。通過引入點突變破壞ArcZ與ligA mRNA的配對，研究團隊發(fā)現(xiàn)LigA的活性顯著降低，而ArcZ與ligA mRNA的互補突變可以回補下降的LigA活性。
為了驗證翻譯延伸減緩是否是ArcZ調(diào)控LigA活性的關(guān)鍵機制，研究團隊在不改變氨基酸序列的前提下在ligA mRNA中引入低頻密碼子簇。結(jié)果顯示，只有位于ArcZ結(jié)合位點的低頻密碼子簇（ligA-M3）能夠顯著提高LigA的活性，而其他區(qū)域的低頻密碼子簇則無此效果。這說明僅ArcZ結(jié)合區(qū)域的翻譯延伸速度對蛋白質(zhì)活性具有調(diào)控作用。在體外翻譯系統(tǒng)中，ArcZ sRNA的加入顯著延遲了LigA的前期合成速度，并提高了其DNA連接酶活性。這一結(jié)果與體內(nèi)實驗一致，表明ArcZ通過與ligA mRNA的內(nèi)部配對直接調(diào)控翻譯延伸速度并影響蛋白質(zhì)活性。
為了證實ArcZ對LigA調(diào)控作用的生理作用，研究人員用DNA損傷劑（絲裂霉素C）處理ligA-M1突變體（點突變使得ligA不能與ArcZ再結(jié)合但編碼氨基酸序列不變），研究發(fā)現(xiàn)，ligA-M1突變體的SOS應(yīng)答基因（dinI和tisB）表達顯著上調(diào)，且競爭生長實驗中存在競爭劣勢，表明sRNA調(diào)控的LigA活性對DNA修復(fù)至關(guān)重要。
最后，研究人員通過酶活測定實驗和體外翻譯系統(tǒng)證實了ArcZ調(diào)控另一靶基因hemK mRNA的翻譯延伸暫停及其蛋白質(zhì)活性，證實了該調(diào)控機制的廣泛存在。
綜上，該研究深入探討了細菌中sRNA通過與mRNA內(nèi)部CDS區(qū)域配對來調(diào)控翻譯延伸的新機制。既往研究多關(guān)注sRNA結(jié)合在起始密碼子附近對翻譯起始和mRNA穩(wěn)定性的調(diào)控,而該研究發(fā)現(xiàn)，sRNA與mRNA內(nèi)部CDS區(qū)域配對可以局部減緩翻譯延伸速率，從而優(yōu)化蛋白質(zhì)的共翻譯折疊，提高其蛋白質(zhì)活性。這種調(diào)控機制在應(yīng)激條件下尤為關(guān)鍵，有助于細胞適應(yīng)環(huán)境變化。研究還提示sRNA介導(dǎo)的翻譯調(diào)控可能不僅限于細菌，也可能在真核生物中發(fā)揮類似作用，為理解翻譯動態(tài)與蛋白質(zhì)折疊之間的關(guān)系提供了新的視角。未來研究方向包括解析sRNA-核糖體-分子伴侶Hfq的協(xié)同作用機制、sRNA介導(dǎo)的翻譯減緩如何輔助新生蛋白折疊等。
原文鏈接：
https://www.cell.com/molecular-cell/abstract/S1097-2765(25)00258-8
制版人： 十一
參考文獻
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