Nature：揭示细菌救援分子SmrB清除核糖体碰撞机制

2022年3月13日讯/生物谷BIOON/---Rachel Green面前的屏幕上出现了一种多节的三维结构，显示了科学家们从未见过的细胞内的核糖体碰撞。它还证实了她的实验室的一个团队几个月来一直在研究的一个假设。

但一开始，Green并不以为然。“就这样?”她记得自己苦笑着想。那是2021年初，她在休假，与她的朋友和合作者Roland Beckmann在德国慕尼黑大学开展研究工作。Green曾告诉Beckmann，她的实验室有一个项目正在探索一个长期存在的生物之谜。他们正试图填补科学家在细菌细胞如何应对蛋白合成问题方面的一个关键空白。因为细胞几乎做任何事情都需要蛋白，这种应对对细胞的正常功能至关重要。

Green团队对正在发生的事情有一个很好的想法，但他们没有快照来证明这一点。Beckmann对此很感兴趣。利用一种叫做低温电镜的技术，他的团队揭示了现场发生的情况。

Green说，“当他们第一次向你展示一种结构时，你无法真正分辨出什么，因为所有东西都是灰色的。Beckmann指着一些小圆球说，‘看，它在那里！’”

她的团队猜测这个“小圆球”充当了在碰撞事故中出现的分子第一反应者。Beckmann的结构图片证实了该分子第一反应者的身份，并提出了关于这种救援行动（一种细菌质量控制方法）如何运作的新信息。Beckmann、Green和她的实验室中由Allen Buskirk领导的一组科学家于2022年3月9日在Nature期刊上进行了描述，论文标题为“Ribosome collisions induce mRNA cleavage and ribosome rescue in bacteria”。这项研究可以提供关于其他更复杂生物---也许甚至是人类---如何维持蛋白产生的线索。

称为核糖体的分子机器实际上是按照遗传物质的线性链中编码的指令行事。当它们沿着这条线性链行进时，它们会合成蛋白。然而，有时候，这种分子机器会出现故障。

早期对酵母的研究已表明，核糖体在遇到问题时就会停滞不前。就像一辆突然停下的汽车一样，停滞不前的核糖体可能会被后面的核糖体追尾。Green实验室之前已经确定了一种对这些碰撞作出反应的酵母分子。就像一个小小的生命之爪，这种分子将停滞的核糖体切断。这是拯救工作的第一步，最终让细胞挽救并重新使用这些宝贵的蛋白制造机器。

SmrB是一种通用的核糖体拯救因子。图片来自Nature, 2022, doi:10.1038/s41586-022-04416-7。

细菌细胞的核糖体也会被卡住，但科学家猜测细菌对核糖体碰撞的反应与酵母相同。加州大学伯克利分校的Jamie Cate（未参与这项新的研究）说，这是因为人们已经知道，细菌有自己独特的方法来拯救发生碰撞的核糖体。 Cate说，没有人知道到底是什么启动了细菌的救援工作，但他们原本预计这将是与酵母完全不同。相反，这项新的研究表明，细菌和酵母都通过招募类似刀片的第一反应者以同样的方式启动这一过程。Cate说，“最酷的是，这两种分子都能识别相互碰撞的核糖体。”

在Green实验室中，Buskirk和论文第一作者Kazuki Saito将细菌中的第一反应者确定为一种叫做SmrB的分子，并探讨了它如何执行它的任务。Buskirk说，Beckmann提供的结构“是拼图的最后一块”。

Beckmann团队首次捕捉到了两个细菌核糖体之间碰撞的图片，然后对它们进行了颜色编码，这样它们的成分就不会在灰色的海洋中消失。在向含有核糖体的样本中加入SmrB后，该团队观察到该分子出现在核糖体碰撞的中心。

生物化学实验显示，SmrB和它的酵母对应物一样，将发生碰撞的核糖体切割开来。这些作者发现不仅这两种分子有共同的任务，而且细菌的SmrB和它的酵母对应物也是关系密切的同源物。他们还不能直观地观察到SmrB的酵母对应物在核糖体碰撞过程中如何与核糖体相互作用。因此，类似但更简单的SmrB可能会给科学家们一个立足点，以了解这一过程在其他生物中是如何发挥作用的。

Green说，“关于这些救援途径的其他一切都非常不同。我们没有预料到我们会发现一个似乎是通用的方面。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Kazuki Saito et al. Ribosome collisions induce mRNA cleavage and ribosome rescue in bacteria. Nature, 2022, doi:10.1038/s41586-022-04416-7.