伪基因RPS27AP5表达泛素和核糖体蛋白变体，这些变体可能在核糖体功能中发挥作用

《Biochemistry and Cell Biology》：The pseudogene RPS27AP5 expresses ubiquitin and ribosomal protein variants with potential roles in ribosome function

研究发现RPS27AP5假基因不仅编码泛素变体UbP5，还编码核糖体蛋白S27aP5。质谱和免疫共沉淀证实S27aP5整合至80S核糖体，并影响KDM6B和BMI1等mRNA的翻译，通过调控H3K27me3水平间接影响p16INK4A表达。实验显示S27aP5半衰期较短，其功能可能涉及核糖体质量控制。

　　在基因组研究领域，我们对伪基因的功能性进行了深入探索。伪基因，传统上被认为是无功能的基因副本，近年来因新的证据显示其具有转录和翻译能力而受到关注。研究发现，某些伪基因不仅可能具有表达能力，还可能参与细胞内多种功能。本研究聚焦于人类基因组中与泛素（Ub）相关的伪基因，特别是RPS27AP5，该伪基因被发现能够编码两种蛋白质：一种是泛素变体（UbP5），另一种是核糖体蛋白变体（S27aP5）。这些蛋白质在成熟过程中通过剪切作用形成，并表现出与它们的母体蛋白相似的定位和生化特性。S27aP5能够整合进核糖体中，并且其过表达会导致80S单体核糖体的比例增加。通过亲和纯化和核糖体多聚体分析，研究者发现S27aP5整合进核糖体后，其与mRNA的结合模式发生了变化。这些发现表明，RPS27A这一经过加工的伪基因可以产生一种能够整合进单体核糖体并影响mRNA结合的核糖体蛋白变体，这一现象与核糖体可能具有功能多样性这一观点相一致。

伪基因是基因组中由基因复制、逆转录插入等机制形成的非功能性基因副本。根据其形成机制，伪基因可分为未加工伪基因、加工伪基因和单一伪基因。未加工伪基因通常保留了内含子-外显子结构，而加工伪基因则是通过逆转录过程形成的，通常不含有内含子，且具有3' poly A尾部。加工伪基因在人类基因组中尤为丰富，特别是在祖先灵长类动物中发生的一系列逆转录事件，使得这些伪基因数量大幅增加。研究表明，高度转录的短基因更容易积累伪基因，因为其mRNA更容易被逆转录。此外，伪基因可能通过RNA层面的调控，与母体基因的转录物相互作用，或作为miRNA等调控因子的海绵，从而在细胞过程中发挥功能。某些情况下，伪基因还可能在翻译后产生与母体蛋白不同的变体，参与特定的细胞功能。

泛素是一种重要的细胞调节蛋白，参与多种细胞过程，如蛋白降解。在人类基因组中，泛素主要由四个基因编码：UBB、UBC、UBA52和RPS27A。其中，UBB和UBC分别编码3和9个泛素重复单元，而UBA52和RPS27A则编码与核糖体蛋白融合的泛素。这种泛素与核糖体蛋白的结合形式使得它们能够发挥不同的细胞功能。泛素样蛋白（Ubls）是一类与泛素结构相似的小分子蛋白，它们不通常用于标记蛋白进行降解，而是参与蛋白修饰、细胞信号传导等多方面的细胞活动。研究显示，泛素样蛋白家族包括SUMO、NEDD8、ISG15、Atg8、Atg12、URM1、UFM1和FAT10等，这些蛋白在细胞内具有独特的功能。

核糖体蛋白基因是加工伪基因中最常见的类型，占所有伪基因的20%以上。这一现象提示我们，某些伪基因可能在表达后发挥特定的细胞功能。核糖体蛋白在真核生物中共有80种，它们与核糖体RNA（rRNA）共同组成核糖体，参与蛋白质合成。这些核糖体蛋白分为小亚基（40S）和大亚基（60S），它们的组装和成熟过程由多种酶调控，确保最终生成的成熟核糖体能够准确执行翻译功能。在细胞中，翻译核糖体可以以单体（80S）或多个核糖体共同作用的多聚体形式存在。虽然80S单体核糖体主要参与翻译起始，它们也参与关键调节蛋白的翻译，并对突触mRNA的翻译有贡献。

一些研究指出，存在专门的核糖体，这些核糖体在翻译过程中具有特定的细胞功能或对环境信号做出响应。这些核糖体变体通常具有独特的蛋白质或RNA成分，参与基因表达的调控和细胞功能的微调。尽管这一观点尚存争议，但专门核糖体的存在表明，翻译机器具有适应不同细胞环境的能力，包括发育、稳态和细胞应激反应等。本研究旨在分析五种可能具有功能的Ub伪基因，并发现RPS27AP5不仅能够编码Ub变体（UbP5），还能编码一个完整的核糖体蛋白变体（S27aP5），该蛋白与母体基因RPS27A编码的蛋白具有相似的结构和功能特性。

为了筛选潜在的功能性伪基因，研究者采用了一套多步骤的筛选流程。首先，通过数据库搜索确定与Ub或Ubl相关的伪基因。随后，要求候选伪基因与母体泛素序列具有至少90%的氨基酸同源性，并保留C端的Gly-Gly结构，以支持泛素化过程。接着，筛选出具有转录和翻译证据的伪基因，例如通过核糖体分析和大规模蛋白质组学数据的支持。最终，确定了24个Ub伪基因和18个Ubl伪基因作为研究对象，其中只有11个Ub伪基因和7个Ubl伪基因具有足够的表达证据。

研究还发现，RPS27AP5伪基因编码的S27aP5蛋白不仅能够整合进核糖体，还表现出与母体蛋白相似的定位和功能特性。尽管S27aP5与母体蛋白在核糖体组装过程中存在一定的差异，但其与核糖体蛋白的相互作用表明，它可能参与特定的翻译调控。此外，S27aP5的表达水平较低，并且其半衰期较短，这可能与其在细胞内的稳定性有关。研究者通过使用蛋白酶抑制剂MG132，验证了S27aP5可能通过蛋白酶体降解途径调控其稳定性。

进一步的相互作用分析表明，S27aP5与泛素化相关的蛋白质和某些核糖体蛋白存在相互作用，这可能暗示其在泛素化和核糖体组装过程中具有独特的功能。然而，某些与核糖体成熟相关的蛋白仅与S27a相互作用，而未与S27aP5发生相互作用，这可能与S27aP5的表达水平和半衰期有关。研究还发现，S27aP5与某些特定的mRNA存在相互作用，例如与细胞增殖和衰老相关的KDM6B和BMI1等基因。这些结果表明，S27aP5可能在特定的mRNA翻译过程中发挥作用，从而影响相关蛋白的表达水平。

研究者还通过核糖体多聚体分析和TRAP（翻译核糖体亲和纯化）实验，进一步验证了S27aP5在核糖体中的整合情况。结果表明，S27aP5能够整合进80S单体核糖体，并且其整合程度可能影响核糖体对特定mRNA的结合。此外，S27aP5可能在细胞增殖和衰老过程中发挥重要作用，通过影响H3K27me3的水平间接调控p16INK4A等基因的表达。尽管这些结果基于外源性表达，但它们为理解伪基因在细胞功能中的潜在作用提供了重要的线索。

综上所述，本研究揭示了RPS27AP5伪基因编码的S27aP5蛋白在核糖体整合和mRNA结合中的功能，这表明伪基因可能不仅仅是“垃圾”DNA，而是具有潜在功能的基因变异。此外，研究还强调了核糖体在细胞功能调控中的多样性，以及伪基因在这一过程中的潜在作用。未来的研究需要进一步探索这些伪基因在细胞内的具体功能，并通过更精确的实验方法验证其在不同细胞环境下的表达和调控机制。这些发现不仅有助于理解基因组中伪基因的生物学意义，也为探索核糖体的功能多样性提供了新的视角。