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在细胞代谢研究中，翻译质量控制对细胞代谢的影响尚不明确。研究人员聚焦 40S 核糖体亚基回收（USP10 - G3BP1）复合物开展研究，发现其可调节线粒体动态和功能，影响 mTORC1/2 通路。这有助于理解 RQC 调控机制及相关疾病发病机制。
在细胞的微观世界里，蛋白质的合成、折叠与降解维持着精妙的平衡，这一平衡是细胞正常运转的关键。核糖体相关质量控制（RQC）作为监测蛋白质质量的重要防线，近年来受到了广泛关注。它能在翻译过程出现异常时，及时对新生肽链进行 “质量检测”。然而，目前人们对于翻译质量控制如何影响细胞代谢这一关键问题，仍知之甚少。在细胞代谢的庞大网络中，线粒体扮演着能量工厂的角色，其形态和功能的改变与细胞能量代谢息息相关。同时，内质网 - 线粒体接触位点（ERMCS）作为一个特殊结构，对线粒体的动态变化和功能调节起着至关重要的作用。但 RQC 与线粒体、ERMCS 之间究竟存在怎样的联系，一直是科学界亟待解开的谜团。为了深入探究这些问题，来自美国南卫理公会大学（Southern Methodist University）、新加坡国立大学（National University of Singapore）等多所研究机构的研究人员携手合作，开展了一系列深入研究。他们的研究成果发表在《Nature Communications》杂志上，为我们揭示了 40S 核糖体亚基回收（USP10 - G3BP1）复合物在调控线粒体动态和功能方面的关键作用，这一发现对于理解细胞代谢调控机制以及相关疾病的发病机制具有重要意义。
研究人员在本次研究中运用了多种关键技术方法。在果蝇研究方面，通过构建不同基因表达的果蝇模型，如 Usp10 和 rin 的过表达（OE）及 RNA 干扰（RNAi）模型，利用 UAS - Gal4 系统进行遗传筛选，从基因层面探究相关基因对线粒体形态的影响。同时，对果蝇进行药物处理，观察线粒体功能变化。在细胞实验中，培养多种细胞系，如 HeLa、HEK 293 T 和正常人类星形胶质细胞（NHA）等，进行基因转染、敲低实验，并运用蛋白质免疫印迹（Western blot）、免疫共沉淀（co - IP）、串联免疫共沉淀（tandem co - IP）等技术，研究蛋白质之间的相互作用；借助荧光显微镜成像技术，对线粒体形态、钙信号等进行观察和分析；采用蛋白质组学分析，使用串联质谱标签（TMT）标记结合液相色谱 - 串联质谱（LC - MS/MS）技术，鉴定和分析蛋白质表达变化。
研究结果如下：
- 40S 核糖体亚基回收因子调节线粒体形态：研究人员调整果蝇中 Usp10 和 rin 的表达水平，发现其适当表达对生物体应激适应至关重要。过表达或敲低这两个基因会导致果蝇后代适应性下降、寿命缩短。在果蝇间接飞行肌和多巴胺能神经元中，Usp10 和 rin 的过表达显著改变线粒体形态，使其碎片化。在人类 NHA 细胞中，USP10 和 G3BP1 的过表达也有类似效果。通过构建不同的突变体实验表明，USP10 的去泛素化活性及其与 G3BP1 的相互作用对调节线粒体动态十分重要，而 G3BP1 与 40S 核糖体亚基的结合似乎并非必需。此外，研究还发现 Usp10、rin 与调节线粒体动态的基因存在遗传相互作用，但它们过表达虽能分裂融合的线粒体，却无法促进下游的线粒体自噬。
- 40S 核糖体回收复合物与线粒体动态热点的相互作用：免疫染色和邻近连接分析（PLAs）显示，Usp10、rin 与线粒体裂变 - 融合机器的组件 Drp1、Marf 紧密相关，且 Usp10 过表达可增强这种相互作用。串联免疫共沉淀实验进一步表明，40S 核糖体亚基回收复合物能自主与裂变 - 融合分子及 ERMCS 相互作用，这为解释病理条件下线粒体形态和功能变化提供了重要线索。
- Usp10/USP10 和 rin/G3BP1 调节线粒体稳态：通过观察果蝇翅膀姿势、检测 ATP 水平、进行透射电子显微镜（TEM）分析等实验，发现 Usp10 和 rin 过表达会导致线粒体功能受损，如 ATP 水平降低、线粒体超微结构异常、呼吸链复合物组装受损、活性氧（ROS）水平升高、线粒体膜电位改变等。同时，过表达还会阻碍线粒体自噬，导致受损线粒体积累，影响线粒体稳态。
- 鉴定与 40S 核糖体亚基回收复合物相关的相互作用因子：遗传筛选和蛋白质组学分析鉴定出 dZnf598、Fmr1 等为 Usp10 和 rin 的共因子。dZnf598 和 Fmr1 对线粒体功能的调节作用不同，Fmr1 过表达会导致果蝇翅膀姿势异常和 ATP 水平下降，而 dZnf598 则不会。但二者过表达都能促进线粒体自噬，且它们与 Usp10 - rin 复合物存在相互作用，共同调节线粒体功能。
- 40S 核糖体亚基回收复合物参与 ERMCS 的调节：研究发现，敲低某些 ERMCS 亚基可减轻 Usp10 和 rin 过表达导致的线粒体碎片化，表明 Usp10 和 rin 可能通过影响 ERMCS 来调节线粒体。实验证明，Usp10 和 rin 过表达能增强 ER - 线粒体相互作用，且它们与 ERMCS 组件存在共定位和相互作用，这说明 40S 核糖体亚基回收复合物在调节线粒体 Ca2 +水平方面发挥着重要作用。
- mTORC2 复合物在调节线粒体活动中的作用：研究表明，Usp10 和 rin 过表达会导致 mTORC1 活性升高、mTORC2 活性降低。调节 mTORC1 和 mTORC2 关键组件的表达，会影响线粒体形态和 ATP 水平。此外，mTORC2 与 Usp10 - rin 复合物存在相互作用，且这种相互作用受 Usp10 和 rin 过表达的影响。这表明 mTORC2 在调节线粒体形态和功能方面具有重要作用，可能是 40S 核糖体亚基回收复合物调节线粒体活动的关键环节。
研究结论和讨论部分指出，本研究揭示了 40S 核糖体亚基回收途径中 USP10 和 G3BP1 对线粒体动态和功能的影响。这些调节发生在 ERMCS，与 mTORC2 复合物共同作用，维持 Ca2 +稳态、平衡能量代谢并重塑线粒体动态热点。该机制的任何缺陷都可能导致线粒体网络和蛋白质组稳定性的系统性故障，进而引发疾病。此外，研究还发现 rin 在果蝇和人类细胞中的定位和功能存在差异，以及 Fmr1 与其他蛋白的复杂相互作用等。这些发现为深入理解细胞质量控制网络以及相关疾病的发病机制提供了重要依据，也为未来相关疾病的治疗提供了潜在的靶点和理论基础，具有重要的科学价值和临床意义。
