5' UTR介导的eIF3在80S核糖体上滞留促进内质网膜蛋白的共翻译折叠

《Cell Reports》：5′ UTR-mediated retention of eIF3 on 80S ribosomes promotes co-translational folding of ER membrane proteins

本研究针对内质网膜蛋白易错误折叠的科学难题，揭示了eIF3通过结合mRNA 5' UTR特定位点，在80S核糖体上滞留并招募HSP70分子伴侣的新机制。该发现阐明了基因组非编码区指令调控共翻译折叠过程的分子基础，为理解膜蛋白稳态维持及相关疾病发病机制提供了新视角。

　　

在细胞生命活动中，蛋白质需要正确折叠成特定三维结构才能发挥功能。新合成的多肽链在核糖体上延伸时就开始折叠，这个过程被称为共翻译折叠。分子伴侣如同"折叠助手"，帮助新生肽链正确折叠。然而，对于内质网（ER）膜蛋白这类复杂蛋白质，细胞如何精确调控其折叠过程仍是个谜。

传统观点认为，真核翻译起始因子eIF3在完成翻译起始任务后就会从核糖体解离。但近年研究发现，eIF3可能在某些mRNA翻译过程中停留更久。这项发表于《Cell Reports》的研究揭示了eIF3在共翻译折叠中的新功能：通过与mRNA 5'非翻译区（UTR）的特殊结构结合，eIF3能够滞留在80S核糖体上，招募HSP70等分子伴侣，确保内质网膜蛋白的正确折叠。

研究人员主要运用了CRISPR-Cas9基因编辑技术（在MCF7和AD293细胞系中进行）、RNA-蛋白质交联免疫沉淀（CLIP）、蔗糖密度梯度离心分离核糖体、荧光漂白恢复（FRAP）技术、相关光电子显微镜（CLEM）以及定量蛋白质组学分析等方法。

eIF3结合位点对ER膜蛋白正确定位至关重要

研究人员选择了三种具有不同拓扑结构的内质网膜蛋白（LRRC59、CANX和TMEM33）进行研究。通过siRNA敲低eIF3e或利用CRISPR-Cas9技术删除5' UTR中的eIF3结合位点，发现这些蛋白无法正确定位到内质网，而是错误地聚集在环状结构中。这种定位异常不是由于蛋白质表达量变化引起的，而是特异性折叠缺陷导致的。

eIF3缺陷条件下合成的ER膜蛋白错误折叠并被隔离入ER whorls

电子显微镜观察发现，eIF3功能缺陷导致细胞内出现多层膜结构的ER whorls。这些结构不结合核糖体，但富含多种ER膜蛋白。通过荧光漂白恢复实验证明，被困在ER whorls中的膜蛋白无法自由扩散，表明它们被稳定地隔离在这些结构中。蛋白酶K敏感性实验进一步证实，eIF3缺陷条件下合成的膜蛋白构象异常，更容易被蛋白酶降解。

eIF3促进分子伴侣向核糖体的招募

研究发现，HSP70抑制剂VER-155008能够模拟eIF3缺陷表型，导致LRRC59阳性ER whorls增加。相反，过表达HSPA1或HSPA8能够部分挽救eIF3缺陷引起的蛋白错误折叠。定量蛋白质组学分析显示，eIF3e敲低后，80S核糖体组分中的HSP70和CCT/TRiC伴侣蛋白水平显著降低，表明eIF3确实参与这些分子伴侣向核糖体的招募。

5' UTR中的eIF3结合位点稳定eIF3-80S相互作用

研究人员开发了一种交联方法，特异性检测起始密码子附近区域的eIF3-80S复合物。实验结果表明，eIF3确实与LRRC59、CANX和TMEM33 mRNA的起始密码子下游区域（24-107密码子）的80S核糖体结合。删除5' UTR中的eIF3结合位点会显著降低这种相互作用的稳定性，同时减少HSPA1和HSPA8向核糖体的招募。

本研究提出了一个创新模型：eIF3通过与mRNA 5' UTR中的特定结构元件结合，在翻译起始后仍滞留在80S核糖体上，形成稳定的eIF3-80S复合物。这种滞留使得eIF3能够招募HSP70等分子伴侣到核糖体出口通道附近，协助新生内质网膜蛋白进行共翻译折叠。一旦折叠完成，eIF3通过未知机制从核糖体解离。

这一发现具有重要意义：首先，它扩展了对5' UTR功能的认识，揭示了其在调控共翻译折叠过程中的新作用；其次，研究提示ER whorl形成可能是一种针对错误折叠膜蛋白的质量控制机制；最后，该研究为理解遗传性疾病中蛋白质错误折叠的分子基础提供了新视角，因为5' UTR中影响eIF3结合的变异可能导致蛋白质折叠缺陷。

该研究的局限性在于仅在体外培养的癌细胞中进行，未来需要在动物模型中进行验证。此外，只详细研究了三种ER膜蛋白，eIF3-80S复合物的精确结构也有待解析。尽管如此，这项工作为理解基因组指令如何通过非编码区调控蛋白质折叠这一基本生物学过程提供了重要见解。