Nature：揭示细菌蛋白MutS2感知和拯救卡在mRNA上的核糖体

2022年3月21日讯/生物谷BIOON/---作为所有有机体细胞中的一种分子机器，核糖体负责制造新的蛋白。它读取信使RNA（mRNA）上某种蛋白的蓝图，然后将这些信息转化为新的蛋白。由于一些原因，这一过程可能会失败，使核糖体在mRNA上停滞不前，从而使蛋白合成停止。

在一项新的研究中，来自德国海德堡大学分子生物学中心等研究机构的研究人员如今发现一种名为MutS2的细菌蛋白能感知并拯救mRNA上停滞不前的核糖体。mRNA链上的下一个核糖体与停滞不前的核糖体相撞的事实起到了关键作用。相关研究结果发表在2022年3月17日的Nature期刊上，论文标题为“Bacterial ribosome collision sensing by a MutS DNA repair ATPase paralogue”。

蛋白的蓝图储存在细胞核的DNA中，在那里被转录成mRNA。携带着特定蛋白的遗传信息的mRNA离开细胞核并被运送到核糖体，在那里它携带的遗传信息被转化为蛋白。论文共同通讯作者、海德堡大学分子生物学中心工作组组长Claudio Joazeiro教授解释说，“有时，由于mRNA分子的缺陷，核糖体在读取这种蓝图时可能会被卡住。这尤其成问题，因为未完成的蛋白对细胞有潜在的毒性。这就是为何细胞已产生了检测停滞不前的核糖体的机制，并在不完整的蛋白仍在其诞生地---核糖体---中时就对其进行标记以便随后遭受破坏。”

预测的MutS2结构与细菌MutS蛋白的X射线结构之间的结构相似性。图片来自Nature, 2022, doi:10.1038/s41586-022-04487-6。

利用高分辨率低温电镜，这些作者借助于一种常见的土壤细菌---枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis），解码了这一过程中的一个重要步骤。他们能够精确地描述存在于近三分之一的细菌物种中的MutS2蛋白的特征，发现了它如何感知停滞不前的核糖体。MutS2检测到卡住的核糖体和mRNA上的下一个核糖体之间的碰撞---海德堡大学分子生物学中心初级研究小组组长Stefan Pfeffer博士将这一过程比作高速公路上一辆停滞不前的车辆造成的追尾碰撞，从而引起了警察的注意。

根据这些作者的说法，为了拯救卡在mRNA上的核糖体，MutS2遵循两种独立的策略。Pfeffer博士解释说，“一方面，MutS2切割mRNA分子，让它遭受降解。另一方面，MutS2将核糖体分成它的两个亚基，这样这些亚基就可以被循环利用用于之后的蛋白合成。与此同时，所谓的核糖体相关蛋白质量控制机制对未完成的蛋白进行标记使之随后遭受破坏。”

Joazeiro教授强调说，这种质量控制机制从细菌到人类都是保守的。“因此，我们期望对细菌中这一基本过程的理解将阐明哺乳动物中的致病机制，在哺乳动物中，未完成的蛋白的降解失败与神经变性和神经肌肉疾病有关。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Federico Cerullo et al. Bacterial ribosome collision sensing by a MutS DNA repair ATPase paralogue. Nature, 2022, doi:10.1038/s41586-022-04487-6.