Nat Cell Biol | G3BP应激颗粒蛋白加强ISR翻译抑制程序

撰文|一只鱼

当细胞 受到 氧化应激、高温和有害化学物质等压力时，会启动 整合应激反应 （ ISR ） ， 导致整体翻译水平下降，同时允许应激响应性mRNA进行选择性翻译，从而帮助细胞应对压力。在这种剧烈的翻译状态转变过程中，细胞质中会通过液-液相分离形成 应激颗粒 ， 这些颗粒是由RNA结合蛋白、mRNA和翻译机器组成的无膜结构。应激颗粒包含多样化的蛋白质组，其形成必须依赖RNA结合蛋白G3BP1与G3BP2（统称 为 G3BPs ）。 但 G3BPs蛋白与应激颗粒在应激期间对翻译的整体影响 仍不清楚。

近日，来自 美国Whitehead生物医学研究所的 David P. Bartel 研究团队 在 Nature Cell Biology 上 发表题为 The G3BP stress-granule proteins reinforce the integrated stress response translation programme 的 文章， 发现 应激颗粒富集着对应激诱导的翻译关闭具有抵抗性的mRNA ， 准确招募这些抗应激mRNA需要应激背景 。 光遗传学工具与加标标准化核糖体图谱技术的结合分析表明，G3BPs和应激颗粒 充分必要 帮助优先翻译其富集的mRNA，并同时抑制细胞质中的翻译活动 。

为 了 用核糖体图谱测量应激导致的翻译效率 的 绝对变化， 研究人员开 发了一种核糖体图谱加标法（ ribo-spike ） ， 用确定量的兔网织红细胞裂解液翻译正交萤火虫荧光素酶mRNA，随后将其加标至每个样本中 。为了敲除G3BPs，他们用RFP和 植物激素诱导降解标签（AID） 标记 内源性G3BP1和G3BP2基因，从而在添加吲哚-3-乙酸（IAA）后实现蛋白的快速高效降解 。 利用这些降解系细胞， 他们 采用核糖体图谱结合ribo-spike技术，比较了细胞翻译状态 ，发现 相较于G3BPs缺失细胞，正常细胞在 ISR 期间呈现稍强的全局翻译抑制（1.4倍），这与 以往研究 中G3BPs对ISR引起的全局翻译抑制基本非必需的观点一致 ，但也说明 G3BPs确实对ISR期间发生的 强烈 翻译抑制有所贡献， 虽然 作用有限。 他 们比较了G3BPs存在与ISR激活各自引发的翻译变化，发现两者呈明确正相关 ， 意味着 G3BPs倾向于在翻译水平上正向调控ISR上调的mRNA，同时负向调控ISR下调的mRNA，从而强化ISR翻译程序 。

他 们进一步分析ISR调控与应激颗粒富集度的关系，发现应激期间翻译得以维持或增强的mRNA更倾向富集于应激颗粒 ， 而高敏感型mRNA则呈耗竭趋势 ，并且 G3BPs的存在倾向于增强应激颗粒富集型mRNA的翻译效率，而对应激颗粒耗竭型mRNA则呈现翻译抑制趋势 ，提示 那些受ISR翻译程序最强上调的转录本通过定位于应激颗粒进而获得G3BPs介导的进一步翻译增强 。接下来他们想知道 应激颗粒 的 形成是否足以在无外源应激时驱动这些翻译变化， 于是他 们尝试在非应激条件下 诱导 异位应激颗粒 ，通过 改进CRY2光遗传学系统。将G3BP1的N端NTF2L二聚化结构域替换为蓝光依赖的隐花色素2光裂合酶同源区寡聚化结构域（CRY2），并 加上 GFP标签（GFP::CRY2::G3BPΔN） ， 即使在无蓝光条件下，多西环素诱导表达该构建体仍能导致约20%细胞形成异位凝聚体，当这些细胞暴露于蓝光时， 应激颗粒 形成显著增强 ， 3小时内约80%细胞出现 应激颗粒，称为 光控颗粒 （ OGs ）。他们发现 OGs诱导细胞呈现适度的全局 翻译效率 下降 ，但进一步分析显示 OGs 翻译变化既 不 与ISR翻译程序相关，也 不 与应激细胞中G3BP依赖性翻译变化相关 ， 应激颗粒富集型mRNA的翻译表现 也 并不优于 其他 mRNA。 因此 OGs虽能驱动适度的全局翻译抑制，但不足以特异地启动ISR 。

由于 应激条件下形成的应激颗粒与无应激条件下形成的光控颗粒 中的 mRNA 组分可能不同，他们 将多西环素诱导的GFP::CRY2::G3BPΔN构建体整合到表达内源性AID::RFP::G3BPs与多西环素诱导型OsTIR1（负责AID降解的E3连接酶）的细胞中。经过多西环素和IAA处理，这些细胞降解了内源性G3BPs并以GFP::CRY2::G3BPΔN替代，使其即使在应激条件下，若无蓝光照射也无法形成应激颗粒。但当这些细胞同时经历应激和蓝光照射时能迅速形成颗粒 ，这种 应激条件下形成的光控颗粒称为 应激光控颗粒 （ SOGs ） 。 随后 他 们对光控颗粒与应激光控颗粒相关的转录本进行纯化和测序 ，发现无应激条件下形成的OGs 与对照应激颗粒相关性 较低，而SOGs 富集的转录本与对照应激颗粒高度相似，这说明应激颗粒与 OGs 转录组的差异源于细胞应激状态 ，因此 建立应激颗粒转录组不仅需要G3BPs构建的相互作用网络，还依赖于细胞应激期间形成的RNA结合 状况 。最后他们 将报告基因锚定至应激颗粒来 检测 其翻译是否受影响 ， 选择与内源性G3BP1融合的MCP作为应激颗粒锚定蛋白 ， 将报告基因稳定整合至内源性GFP::G3BP1或MCP::GFP::G3BP1的细胞中 , 报告基因编码与大肠杆菌二氢叶酸还原酶（ecDHFR）不稳定结构域融合的纳米荧光素酶（nLuc） ， 该结构域可导致其融合蛋白快速周转，从而确保检测到近期翻译的nLuc活性。报告基因mRNA的3′-UTR包含24个噬菌体MS2发夹结构阵列，可结合MCP，从而将报告基因锚定至应激颗粒 ，通过分析验证了 定位至应激颗粒 会 使mRNA在应激期间获得优先翻译 权 。

总的来说，这项研究 揭示了 G3BPs和应激颗粒通过优先翻译其内部富集的mRNA来强化应激翻译程序 。

https://doi.org/10.1038/s41556-025-01834-3

制版人： 十一

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