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在细胞中，核糖体 “卡壳” 会引发诸多问题。为解决核糖体相关质量控制（RQC）和无 - go mRNA 降解（NGD）通路的初始选择及动态变化不明的问题，研究人员分析 Hel2?核糖体复合物及 Rps20 泛素化动态。结果揭示相关机制，为理解细胞处理核糖体故障提供依据。
在细胞的微观世界里，核糖体就像一个个忙碌的 “工匠”，按照 mRNA 提供的蓝图，合成各种蛋白质，维持着细胞的正常运转。然而，这些 “工匠” 偶尔也会遇到麻烦，比如在工作过程中突然 “卡壳”。核糖体一旦停滞，不仅会影响蛋白质的合成效率，还可能产生有害的截短多肽，就像生产线上出现了残次品，会给细胞带来潜在的危害。
为了应对核糖体停滞带来的问题，真核细胞进化出了核糖体相关质量控制（RQC）和无 - go mRNA 降解（NGD）这两条重要的通路。其中，E3 泛素连接酶 Hel2（在哺乳动物中为 ZNF598）是这两条通路的关键启动因子，它能识别停滞的核糖体，并给 40S 核糖体蛋白 Rps20（uS10）等加上泛素链，就像是给 “故障” 核糖体贴上了特殊标签，以便后续的处理。但目前仍有许多谜团尚未解开，例如 Hel2 究竟是如何精准地识别长期停滞的核糖体，而不是那些短暂停顿后又恢复工作的核糖体的？Rps20 的泛素化和去泛素化在活细胞中的动态变化又是怎样的？这些问题的存在，就像层层迷雾，阻碍着科学家们对核糖体质量控制机制的深入理解。
为了揭开这些谜团，来自德国弗莱堡大学医学院生物化学与分子生物学研究所（Institute of Biochemistry and Molecular Biology, ZBMZ, Faculty of Medicine, University of Freiburg）以及 BIOSS 中心和 CIBSS 中心的研究人员 Mario Scazzari、Ying Zhang、Anna Moddemann 和 Sabine Rospert 开展了一项深入研究。他们的研究成果发表在《Communications Biology》上，为我们理解核糖体的质量控制机制带来了新的曙光。
研究人员采用了多种关键技术方法。首先是蔗糖梯度沉降技术，通过该技术分析 Hel2 与不同核糖体颗粒的结合情况；其次利用核糖体结合实验，区分 Hel2 与核糖体结合的盐敏感和盐抗性状态；此外，还运用了 CHX-chase 实验来研究蛋白质的周转情况，以及免疫印迹技术检测相关蛋白的表达和泛素化水平 。
下面来看具体的研究结果：
- Hel2 与核糖体的关联：通过蔗糖梯度密度离心分析发现，在对数生长期的细胞中，Hel2 既与翻译中的单核糖体结合，也与碰撞形成的二聚体核糖体（disomes）和三聚体核糖体（trisomes）结合。不过，Hel2 对二聚体和三聚体核糖体的亲和力明显高于单核糖体。当核糖体停滞被诱导时，二聚体和三聚体核糖体的浓度上升，Hel2 会与它们形成盐抗性复合物。例如，低剂量的环己酰亚胺（CHX）处理可诱导核糖体碰撞，使得 Hel2 从翻译中的单核糖体转移到二聚体和三聚体核糖体上12。
- Hel2 结合的影响因素：研究表明，40S 核糖体蛋白 Asc1 对 Hel2 与二聚体、三聚体核糖体的结合至关重要。在缺失 Asc1 的菌株中，Hel2 虽然仍能与翻译中的单核糖体结合，但无法与二聚体、三聚体核糖体稳定结合，这表明 Asc1 是 Hel2 高亲和力结合二聚体、三聚体核糖体所必需的，可能是通过形成 Asc1-Asc1 平台来实现的3。
- Rps20 的泛素化：研究人员对 Rps20 的体内泛素化进行了研究，发现 Hel2 负责 Rps20 的泛素化，主要形成 K63 连接的多聚泛素链，且泛素链长度可达四个泛素分子。当用低剂量 CHX 处理诱导碰撞时，Rps20 的泛素化水平和泛素链长度都会增加45。
- Rps20 的去泛素化：当细胞经历翻译终止（如葡萄糖耗尽诱导的翻译终止）时，Rps20 会发生去泛素化。研究人员鉴定出 Ubp2 和 Ubp3 是 Rps20 的去泛素化酶，它们在维持 Rps20 的稳态泛素化水平以及翻译终止后的快速去泛素化过程中发挥着重要作用。此外，研究还发现，Rps20 去泛素化是否依赖 RQC 途径，取决于其泛素链的长度。单泛素化和二泛素化的 Rps20 去泛素化在很大程度上不依赖 RQC 途径中的 Slh1，而三泛素化和四泛素化的 Rps20 去泛素化则强烈依赖 Slh167。
综合上述研究结果，研究人员提出了一个模型：Hel2 可以根据核糖体停滞的持续时间来调整 Rps20 上泛素链的长度。短暂停顿后恢复翻译的二聚体核糖体，其 Rps20 上只携带一两个泛素分子；而停滞时间较长的二聚体和三聚体核糖体，其 Rps20 会被加上更长的泛素链，进而招募 RQC/NGD 机制来处理。这一发现就像是为细胞处理核糖体 “故障” 的过程绘制了一幅清晰的路线图，让我们对核糖体质量控制机制有了更深入的认识。
在讨论部分，研究人员进一步阐述了这些发现的重要意义。他们的研究不仅补充了现有关于 RQC/NGD 通路的知识，还为理解 Hel2 如何标记长期停滞的核糖体复合物用于 RQC 通路提供了新的视角。这对于深入了解细胞如何维持蛋白质合成的准确性和细胞内环境的稳定具有重要意义，也为未来相关领域的研究奠定了坚实的基础，有助于科学家们进一步探索细胞生命活动的奥秘，以及在相关疾病发生机制和治疗靶点研究方面提供潜在的方向。
