清華新聞網(wǎng)2月7日電 近日，生命學(xué)院楊雪瑞課題組揭示化合物RocA通過(guò)翻譯起始因子eIF4A調(diào)控翻譯延伸過(guò)程的新功能。楊雪瑞課題組長(zhǎng)期關(guān)注復(fù)雜生物學(xué)過(guò)程中的翻譯組及其調(diào)控，開(kāi)發(fā)了一系列針對(duì)核糖體分析數(shù)據(jù)的算法工具，從不同角度深入解析翻譯組圖譜與翻譯動(dòng)態(tài)調(diào)控過(guò)程（NatCommn, 2016; NAR, 2018; BMC Bioinfo, 2020）。這些工具支持了一系列合作研究，幫助解析了多個(gè)重要生物學(xué)過(guò)程中的特異性翻譯調(diào)控機(jī)制。
翻譯組反映了mRNA翻譯合成蛋白質(zhì)的過(guò)程，包含基因表達(dá)過(guò)程在翻譯層級(jí)的重要信息。核糖體分析（ribosomeprofiling）是翻譯組研究的主流技術(shù)，通過(guò)對(duì)核糖體保護(hù)片段（RPF）的深度測(cè)序，對(duì)翻譯效率進(jìn)行定量，在亞密碼子精度下解析翻譯的實(shí)時(shí)狀態(tài)。
近年來(lái)非?；钴S的翻譯研究領(lǐng)域積累了大量核糖體分析數(shù)據(jù)，描繪了各種條件下（如藥物處理、基因敲除或敲低、各種壓力環(huán)境等）細(xì)胞翻譯組的異常改變。此前的研究通常只針對(duì)特定實(shí)驗(yàn)條件下的翻譯組，而楊雪瑞課題組則提出，大量不同的實(shí)驗(yàn)條件下產(chǎn)生的數(shù)據(jù)通過(guò)整合形成大數(shù)據(jù)集，提供了翻譯組復(fù)雜變化的多樣性，為翻譯調(diào)控模式的研究提供了高信息量的參考坐標(biāo)框架。使用這一策略，楊雪瑞課題組首次揭示化合物RocA通過(guò)翻譯起始因子eIF4A調(diào)控翻譯延伸過(guò)程的新功能。
RocA是楝科植物中發(fā)現(xiàn)的天然化合物，具有非常好的抗腫瘤、抗病毒功能。RocA及其衍生物是近年來(lái)臨床研究的熱門(mén)分子。此前的研究證明RocA通過(guò)其靶點(diǎn)蛋白eIF4A，阻礙43S翻譯前起始復(fù)合物PIC在5’ UTR上的掃描，從而抑制翻譯起始。在楊雪瑞課題組的研究中，他們首先收集整理了100余套人類(lèi)細(xì)胞在不同藥物或基因擾動(dòng)條件下的核糖體分析數(shù)據(jù)，并使用此前開(kāi)發(fā)的翻譯組數(shù)據(jù)解析工具，定量分析了細(xì)胞翻譯起始與延伸動(dòng)態(tài)過(guò)程的變化，形成覆蓋各種翻譯調(diào)控模式的參考坐標(biāo)系。其中一個(gè)非常令人意外的觀(guān)察是，作為眾所周知的翻譯起始抑制劑，RocA卻與其它經(jīng)典的翻譯延伸調(diào)控作用聚為一類(lèi)。
圖1 翻譯組大數(shù)據(jù)的整合分析揭示不同的翻譯調(diào)控模式
在這一關(guān)鍵信息與線(xiàn)索的啟發(fā)下，通過(guò)對(duì)一系列核糖體分析數(shù)據(jù)的深入挖掘，研究最終揭示了RocA雙模態(tài)、選擇性的翻譯抑制功能，即一部分基因轉(zhuǎn)錄本的翻譯被抑制于翻譯起始階段，而另一部分抑制于翻譯早期延伸階段。通過(guò)對(duì)eIF4A突變的核糖體分析數(shù)據(jù)及eIF4AiCLIP數(shù)據(jù)的分析，研究證明兩個(gè)作用機(jī)制都依賴(lài)于eIF4A與RNA5’ UTR及CDS區(qū)多嘌呤序列的結(jié)合。進(jìn)一步，disome-seq分析證明RocA通過(guò)eIF4A引起核糖體在翻譯早期延伸階段的累積，引起核糖體碰撞，阻滯翻譯延伸。
圖2 RocA對(duì)兩種基因的雙模態(tài)翻譯調(diào)控模式（定義為延伸響應(yīng)型基因ERGs與起始響應(yīng)型基因IRGs）
本研究發(fā)現(xiàn)RocA引起的核糖體累積與翻譯延伸阻滯在多種腫瘤細(xì)胞中都存在，因此進(jìn)一步提出RocA抑制腫瘤的新機(jī)制，即RocA通過(guò)eIF4A抑制翻譯延伸，通過(guò)阻滯核糖體移動(dòng)，導(dǎo)致disome形成。而此前的研究已經(jīng)證明異常累積的核糖體碰撞形成的disome會(huì)招募蛋白激酶ZAKα，通過(guò)激活壓力感知激酶p38和JNK來(lái)誘導(dǎo)細(xì)胞的凋亡。
這一成果于2月2日發(fā)表于《自然通訊》（Nature Communications），文章題目為核糖體分析大數(shù)據(jù)集的重新分析揭示RocA通過(guò)eIF4A蛋白對(duì)翻譯延伸動(dòng)態(tài)的干擾作用（Reanalysis of ribosome profiling datasets reveals a function of rocaglamide A in perturbing the dynamics of translation elongation via eIF4A）。此次發(fā)表的論文進(jìn)一步展示了一種有特色的研究模式，即高效的數(shù)據(jù)挖掘算法與大數(shù)據(jù)資源結(jié)合，產(chǎn)生新線(xiàn)索，進(jìn)一步在分子機(jī)制研究的支持下，獲得新的生物學(xué)發(fā)現(xiàn)。
清華大學(xué)生命學(xué)院2017級(jí)博士生李發(fā)金、2016級(jí)博士生方劍火、2020級(jí)博士生于奕凡為論文共同第一作者，楊雪瑞副教授與李發(fā)金為論文通訊作者。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃重點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)的資助。國(guó)家蛋白質(zhì)科學(xué)研究（北京）設(shè)施（清華大學(xué)蛋白質(zhì)研究技術(shù)中心）下屬生物計(jì)算平臺(tái)、基因測(cè)序與分析平臺(tái)為本研究提供了大力支持。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41467-023-36290-w
供稿：生命學(xué)院
編輯：邱收
審核：王曉霞
