Nature子刊：核糖体竞争揭示细胞内的“适者生存”法则

日本研究人员近日发现，核糖体之间实际上存在竞争关系，在高效的核糖体存在时，低效的核糖体会被选择性降解。这项研究成果发表在《Nature Communications》杂志上。

在细胞应对环境变化时，核糖体的丰度控制是维持蛋白质合成稳态的核心环节。此前研究发现，单个失活的核糖体在起始密码子处发生停滞，会触发泛素化介导的18S rRNA降解。

尽管核糖体在翻译延伸过程中的碰撞一种更普遍的翻译扰动形式，但其对核糖体稳定性的影响仍不明确。

日本研究人员近日发现，核糖体之间实际上存在竞争关系，当高效的核糖体存在时，低效的核糖体会被选择性降解。这项研究成果发表在《Nature Communications》杂志上。

这种内在的“适者生存”机制确保了蛋白质合成的准确性和高效性，为细胞如何维持质量控制及预防核糖体相关疾病提供了新见解。

在每个细胞内，核糖体负责合成蛋白质，将遗传信息转化为维持生命所需的分子。尽管核糖体的基本结构相同，但并非所有核糖体都以相同的效率运转。此前，科学家们不完全了解细胞如何检测和处理表现不佳的核糖体。

为了回答这个问题，日本东京大学和东北大学的研究人员通过构建一系列突变体，发现了一种确保只有高效核糖体才能存活的质量控制机制。

研究表明，核糖体在蛋白质合成过程中存在竞争关系。当翻译过程受阻时，低效核糖体会被选择性降解，而高效核糖体则继续发挥作用。

通过在酵母中开展生化和遗传分析，研究人员探究了翻译过程受阻时核糖体的行为模式。他们构建了带有功能正常但效率较低的核糖体变体的细胞。

这些移动速度较慢的核糖体在mRNA上会被速度更快的天然核糖体超越，导致两种核糖体发生碰撞。此类碰撞会激活一种依赖于泛素化的质量控制通路，进而选择性地清除效率较低的核糖体。

共同通讯作者、东京大学的Sihan Li博士表示：“我们的研究引入了核糖体竞争的概念，表明当更高效的核糖体存在时，即使是功能正常但速度较慢的核糖体也会被选择降解。”

研究人员还探究了外部因素如何影响这一过程，如抗癌药物顺铂。众所周知，这类药物会与RNA和DNA结合。

研究发现，它会增加核糖体碰撞，进而促进核糖体降解。这一发现有助于我们深入了解该药物在细胞内的作用机制及其引发副作用的原因。

“核糖体碰撞就像细胞的预警信号，”Li博士强调。“当核糖体相互碰撞时，它实际上是在提醒细胞说出了问题。然后，细胞会清除有问题的核糖体，以维持高效的蛋白质合成。”

这项发现的意义远不止于基础生物学。它揭示了细胞如何维持其蛋白质合成工厂的质量，为了解核糖体功能障碍引起的疾病奠定了基础。此外，它还为提高某些药物的安全性和有效性开辟了新途径。

短期而言，研究人员希望这项工作能够激发人们对细胞内分子动态的好奇心。“我们希望人们发现，即使在微观层面，竞争机制同样驱动着质量和韧性。这项发现将基础进化理论与细胞内部运作机制关联起来，”Li博士谈道。

从长远来看，了解细胞如何检测和清除表现不佳的核糖体，有望指导人们开发出疗法来治疗翻译错误相关疾病。这项研究为了解生命系统如何维持平衡、效率和准确性提供了一个全新视角。