Nature：新研究从结构上揭示一种超级蛋白复合物如何将mRNA翻译和降解关联在一起

mRNA是制造蛋白的蓝图。当 mRNA 不再需要时，它就必须遭受降解。在一项新的研究中，马克斯-普朗克生物化学研究所主任Elena Conti和她的团队如今能够证实，翻译和降解 mRNA 的多种分子机器之间存在物理联系，并共同组成一种超级蛋白复合物。这种超级蛋白复合物由核糖体、SKI复合物和外切体（exosome）组成，是细胞质量控制机制的一部分。这一研究结果为了解各个复合物的机理相互作用提供了新的视角。

相关研究结果于2024年10月9日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“Structural basis of mRNA decay by the human exosome–ribosome supercomplex”。

核糖体、SKI 复合物和外切体这三种大型蛋白复合物是如何相互作用的？在这项新的研究中，Conti团队解决了这个问题。

多年来，人们对每种复合物的功能已经有了充分的了解。核糖体通常被称为细胞的蛋白工厂，它将mRNA翻译成特定的氨基酸序列，这一过程被称为翻译。在这一过程中，核糖体将氨基酸连接成氨基酸序列，从而产生新的蛋白。

在 SKI 复合物的帮助下，mRNA 如果不再需要或存在缺陷，就会被转运到外切体。外切体的功能就像一台分子粉碎机，而 SKI 复合物就像一只手，将 mRNA 运送到这台粉碎机。

mRNA 的生命最终要通过降解来清除。对于涉及外切体的途径，这项研究的目的是确定每种蛋白复合物单独孤立起作用以及mRNA降解是否与翻译耦合。

Conti团队之前的研究已表明SKI 复合物和外切体通过形成一种稳定的复合物而紧密合作。有了这些知识和高分辨率显微镜技术，Alexander Kögel、Achim Keidel及其同事们如今发现，在人类体内，所有这三种蛋白复合物都组装成了一种超级复合物。

图片来自Nature, 2024, doi:10.1038/s41586-024-08015-6

此外，作者还将注意力转向了在 mRNA 有缺陷的情况下这种超级复合物的形成。正常情况下，多个核糖体会同时与一条 mRNA 链结合。然而，在某些情况下，当 mRNA 受损时，两个核糖体在翻译 mRNA 时会发生碰撞。Conti团队利用会导致碰撞的 mRNA 重现了这种情况。通过这种设置，他们能够证实这些碰撞招募了SKI复合物，然后SKI复合物可以将mRNA靶向到外切体中进行降解。这些高分辨率结构数据向他们展示了这些蛋白复合物是如何相互紧密接触的。

与工业生产线上的质量控制单元类似，SKI 复合物在检测到 mRNA 存在错误的某些情况下会附着到核糖体上。SKI 复合物中的解旋酶将 mRNA 解旋成线性链。一旦与核糖体结合，SKI 复合物就能提取 mRNA，并将其转移到外切体中降解。这一过程需要另一种蛋白 SKI7，它是 SKI 复合物与外切体之间相互作用的桥梁。

近年来，低温电镜领域取得了巨大发展，基于人工智能的新软件 AlphaFold 可以预测蛋白结构，因此科学家们如今可以用来研究更大的蛋白复合物，并了解它们是如何相互作用的。事实上，这项新的研究提供了直观的证据，表明这三种蛋白复合物都能像单个机器部件一样直接组合在一起。在此过程中，他们揭示了这种超级复合物的一个重要功能：将核糖体进行的mRNA翻译 和通过外切体执行的mRNA破坏 连接起来。（生物谷Bioon.com）

参考资料：

Alexander Kögel et al. Structural basis of mRNA decay by the human exosome–ribosome supercomplex. Nature, 2024, doi:10.1038/s41586-024-08015-6.