分享一篇研究人員發(fā)表在 Nature Chemical Biology的文章，題目為“The eRF1 degrader SRI-41315 acts as a molecular glue at the ribosomal decoding center” 。文章中，課題組報(bào)道一種新的分子粘合劑，名為SRI-41315，它在核糖體解碼中心起到了作用。研究發(fā)現(xiàn)，SRI-41315能夠與核糖體解碼中心的eRF1結(jié)合，促使eRF1被降解。
翻譯終止是一個(gè)基本的細(xì)胞過程，在真核生物中需要eRF1來識(shí)別停止密碼子、釋放新合成蛋白質(zhì)并促進(jìn)核糖體循環(huán)。提前出現(xiàn)停止密碼子會(huì)導(dǎo)致疾病的發(fā)生，因此翻譯終止對(duì)于疾病的治療也有重要意義。SRI-41315是一種小分子化合物，可以降解eRF1蛋白，并增強(qiáng)翻譯后讀取的效果，從而治療由提前停止密碼子引起的疾病。
首先，研究人員使用SRI-41315在無細(xì)胞哺乳動(dòng)物翻譯系統(tǒng)中觀察了其對(duì)蛋白質(zhì)合成的影響。結(jié)果顯示，SRI-41315以劑量依賴的方式抑制了放射性標(biāo)記蛋白質(zhì)的合成，并產(chǎn)生了比完整蛋白質(zhì)更小的放射性標(biāo)記產(chǎn)物。這些更小的產(chǎn)物經(jīng)過免疫沉淀后，發(fā)現(xiàn)它們是模型蛋白質(zhì)的C-末端截?cái)嘈问健Ｔ诖嬖赟RI-41315的情況下合成的新生蛋白質(zhì)不再與tRNA結(jié)合，而是從核糖體上釋放出來。與之相反，使用過量的eRF1(AAQ)或非終止密碼子mRNA產(chǎn)生的停滯翻譯中間體顯示與核糖體結(jié)合的肽基-tRNA加合物。這些發(fā)現(xiàn)表明，SRI-41315抑制了翻譯過程，但不影響翻譯終止的肽水解步驟。后續(xù)重點(diǎn)關(guān)注eRF1的泛素化和與核糖體的結(jié)合，在反應(yīng)中添加了重組RNF14，體外翻譯反應(yīng)發(fā)現(xiàn)，SRI-41315特異性地誘導(dǎo)了eRF1的泛素化，這種泛素化呈劑量依賴性，并且通過添加野生型RNF14而不是包含一個(gè)破壞泛素連接酶活性的RNF14變體來增強(qiáng)。研究還發(fā)現(xiàn)SRI-41315可以穩(wěn)定eRF1在核糖體上，而不影響eRF1在PCT（peptidyl transferase center）的結(jié)合和新生蛋白質(zhì)的釋放。在SRI-41315的存在下，未修飾和泛素化的eRF1都更傾向于留在核糖體上?？偟膩碚f，SRI-41315通過產(chǎn)生停滯的終止復(fù)合物來穩(wěn)定eRF1，從而導(dǎo)致RNF14介導(dǎo)的泛素化和降解被困eRF1。
后續(xù)研究人員試圖使用SRI-41315分子粘合劑來穩(wěn)定eRF1在終止核糖體上的位置。通過冷凍電鏡成像和處理，他們成功地獲得了80S兔子核糖體與eRF1(AAQ)結(jié)合的結(jié)構(gòu)圖像。在這個(gè)結(jié)構(gòu)中，SRI-41315與eRF1的N結(jié)構(gòu)域相鄰，位于兩個(gè)核糖體亞基的接口處。SRI-41315與eRF1、18S核糖體RNA的U1827和C1828、以及28S核糖體RNA的A3759和A2M-3760等結(jié)構(gòu)元素形成多重相互作用，從而穩(wěn)定了SRI-41315在這個(gè)位置上。這個(gè)研究結(jié)果揭示了SRI-41315在核糖體解碼中心附近的結(jié)構(gòu)和作用機(jī)制。具體來說，SRI-41315通過多種相互作用穩(wěn)定在這個(gè)位置上。首先，一個(gè)鎂離子緊密地配位于SRI-41315的酮基團(tuán)、A2M-3760和A3759的非橋氧原子以及一個(gè)可見的水分子之間。其次，SRI-41315夾在eRF1的α2的Met51和28S核糖體RNA的A2M-3760之間。第三，SRI-41315的環(huán)丁基與eRF1的β4的Tyr125形成堆疊。因此，SRI-41315創(chuàng)建了一個(gè)金屬依賴的相互作用網(wǎng)絡(luò)，將eRF1的N結(jié)構(gòu)域錨定在核糖體亞基界面上。與未結(jié)合SRI-41315的兔子核糖體上的eRF1(AAQ)的結(jié)構(gòu)相比，與SRI-41315結(jié)合的eRF1(AAQ)的構(gòu)象相似。最顯著的變化是eRF1的Met51的位置，它通常會(huì)與SRI-41315的環(huán)丁基發(fā)生沖突，必須向外擺動(dòng)約4.5 ?以適應(yīng)SRI-41315的結(jié)合。其他已知對(duì)于終止密碼子識(shí)別重要的eRF1殘基的位置，如YxCxxxF基序的Tyr125和Glu55，基本上沒有改變。
最后研究發(fā)現(xiàn)，SRI-41315會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)在隱藏的終止密碼子處終止合成，這是一種之前未被注意到的結(jié)果。SRI-41315通過兩種機(jī)制增強(qiáng)了終止密碼子的識(shí)別。首先，SRI-41315增加了eRF1 N區(qū)域與核糖體解碼中心之間的親和力，這增加了eRF1與核糖體結(jié)合并足夠長(zhǎng)時(shí)間地停留在核糖體上，以便進(jìn)入催化中心并催化新生蛋白的釋放。其次，SRI-41315可能增強(qiáng)了eRF1、核糖體和mRNA之間的相互作用，使解碼中心形成適合終止密碼子識(shí)別的構(gòu)象。在SRI-41315結(jié)合時(shí)，介導(dǎo)終止密碼子識(shí)別的eRF1殘基（如Glu55和Tyr125）幾乎不發(fā)生移動(dòng)。相反，SRI-41315可能限制它們的構(gòu)象靈活性，以維持mRNA在解碼中心中形成緊湊的終止密碼子構(gòu)象的最佳環(huán)境。這樣一來，終止密碼子的識(shí)別嚴(yán)格性降低，導(dǎo)致產(chǎn)生過早截?cái)嗟牡鞍踪|(zhì)。綜上所述，研究人員通過冷凍電鏡結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，SRI-41315在eRF1的N結(jié)構(gòu)域（負(fù)責(zé)終止密碼子識(shí)別）和靠近解碼中心的核糖體亞基界面之間起到了金屬依賴性的分子粘合劑的作用。SRI-41315使eRF1在核糖體上停留，導(dǎo)致核糖體碰撞、eRF1泛素化以及近似配對(duì)終止密碼子的翻譯終止頻率增加。這些發(fā)現(xiàn)揭示了一種新的釋放因子抑制機(jī)制，并對(duì)藥物靶向eRF1具有額外的意義。
本文作者：ZYY
責(zé)任編輯：F C
DOI：10.1038/s41589-023-01522-z
原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41589-023-01521-0
