分享一篇Nature Chemical Biology上的文章“Dynamic eIF3a O-GlcNAcylation controls translation reinitiation during nutrient stress”，通讯作者是来自美国康奈尔大学营养科学系的Shu-Bing Qian教授，他的主要研究兴趣是蛋白质合成、营养信号通路和应激反应。
真核mRNA翻译时，在起始密码子处组装形成80S 核糖体后进行延伸，直到核糖体遇到终止密码子，并在释放因子和再循环因子的辅助下，发生肽释放、核糖体分裂和 mRNA 释放等过程，实现翻译终止。然而，在某些情况下，翻译在终止密码子处终止后会直接重新启动（Reinitiation），此时核糖体仍与 mRNA 结合并继续扫描下游起始密码子。其中一类情形就是mRNA上含有上游开放阅读框 (upstream Open Reading Frames, uORF) ，在 uORF 翻译后，核糖体可以在终止密码子处不发生释放就重新启动。近年来研究表明，重新启动依赖于某些结合在核糖体上的启动因子 (eukaryotic initiation factor, eIF) ，eIF3即是其中一例，它已被证明可以在mRNA上延长翻译终止后的核糖体保留时间。O-GlcNAc糖基化修饰是一类非经典的糖基化，通过对细胞内蛋白质丝氨酸和苏氨酸残基的O原子添加N-乙酰葡糖胺单糖修饰，可以改变细胞对各种形式的压力敏感度。例如O-GlcNAc修饰已被视为一种“营养传感器”，调节细胞转录、翻译、信号转导和代谢等过程。本文中，作者报告了eIF3 经历动态O-GlcNAc修饰以响应营养饥饿的过程及机制：压力诱导下的去O-GlcNAc反应促进eIF3 在核糖体上的保留并促进激活转录因子的重新启动。
作者首先测试发现细胞氨基酸饥饿会延长eIF3与80S核糖体的结合时间，形成长期稳定的eIF3-80S 复合物，且会触发eIF3上的去O-GlcNAc修饰反应。通过使用叠氮化修饰的糖探针O-GlcNAz孵育细胞和click反应，作者找到了支持eIF3的O-GlcNAc修饰的直接证据。通过eIF3-seq和Ribo-seq ，作者证实了eIF3的过量O-GlcNAc修饰可以通过阻止 eIF3 与核糖体结合来抵消翻译重新启动；而与之相对的，当细胞内缺少O-GlcNAc 转移酶（O-GlcNAc修饰形成的唯一催化酶）时，eIF3会保留在80S核糖体上。随后，作者从HEK293细胞中纯化了内源性 eIF3a，并应用串联质谱 (MS/MS) 确认O-GlcNAc 修饰的位置。质谱结果仅显示两个具有高可信度的修饰位点（Ser225和Thr336），对2个位点分别进行单点突变发现S225缺失突变体中来自eIF3a的O-GlcNAc信号几乎完全丢失，而T336A突变的引入影响不大，表明 S225是eIF3a的主要修饰位点。
结合各组实验数据和先前的研究，作者在最后给出了eIF3-80S的动态O-GlcNAc修饰调节模型：在正常生长条件下，eIF3（紫红色）的核心亚基O- GlcNAc修饰，并和40S亚基（黄色）结合形成43S预启动复合物，然而在60S亚基（蓝色）加入后，O-GlcNAc修饰的eIF3 破坏了eIF3-40S 结合，导致 eIF3 从80S 核糖体中释放，自由的80S 核糖体会在终止密码子处进行重新启动。但在氨基酸饥饿的条件下，失去O-GlcNAc修饰的eIF3可以稳定 eIF3-40S-60 复合物的形成。终止密码子处的 eIF3-80S 核糖体通过维持与mRNA结合促进翻译重新启动。
总得来说，作者报道了一种营养饥饿下动态调节核糖体翻译重新启动过程的机制，将细胞内的压力感知和翻译重新启动联系了起来。
文章链接：https://www.nature.com/articles/s41589-021-00913-4原文引用：DOI: 10.1038/s41589-021-00913-4
目前评论：