保护细胞周期完整性：增强有丝分裂起始密码子的严格性

　　

保护细胞周期完整性：有丝分裂中起始密码子选择的严格性增强

《信号转导与靶向治疗》（Signal Transduction and Targeted Therapy）2025 年第 10 卷第 34 期；https://doi.org/10.1038/s41392-024-02123-5

近期发表的一项研究揭示了一种全新的调控机制。在哺乳动物细胞的有丝分裂过程中，该机制通过强化 40S 核糖体亚基（结合信使核糖核酸（mRNA）并启动翻译过程）与真核翻译起始因子 1（eIF1，起始密码子选择的核心调节因子）之间的相互作用，增强了起始密码子的选择。这一发现揭示了翻译调控的一个复杂层面，有助于维持细胞活力和细胞周期稳定性，对于理解细胞调控机制和改进癌症治疗方法具有潜在意义。

Ly 等人利用 S - 三苯甲基 - L - 半胱氨酸（一种纺锤体运动蛋白抑制剂），研究了有丝分裂停滞期间翻译过程的作用。他们观察到，处于有丝分裂停滞状态的细胞对翻译抑制高度敏感，这表明在长时间的有丝分裂过程中，活跃的蛋白质合成对于细胞存活至关重要。研究人员采用核糖体分析技术（一种绘制核糖体结合 RNA 片段图谱的技术）和 RNA 测序方法，推断有丝分裂停滞细胞和非有丝分裂（间期）细胞中的翻译起始位点。分析结果显示，在有丝分裂停滞期间，细胞通过优先选择两侧带有强 Kozak 序列的经典 AUG 起始密码子，抑制了选择性翻译异构体的产生。

细胞周期是一个受到严格调控的过程，细胞通过该过程生长和复制。它主要包括四个阶段：间隙 1 期（G1 期；细胞生长）、DNA 合成期（S 期）、间隙 2 期（G2 期；准备阶段）和有丝分裂期（M 期）。一个复杂的系统负责监测细胞内外部条件，确保细胞能够适时、恰当地进入下一阶段。这些调控层面能够防止出现可能导致细胞不稳定或不受控制生长的错误，而细胞不稳定和不受控制的生长正是癌症等疾病的特征。有丝分裂尤为关键，因为染色体分离过程中出现的错误可能导致细胞死亡或引发疾病。

为了探究其中的机制，研究人员利用蔗糖梯度离心分离法结合质谱技术，评估了 40S 亚基的蛋白质相互作用。他们发现，在有丝分裂期间，eIF1 与 40S 亚基的结合增加，而 eIF5 与 40S 亚基的相互作用减少，这与它们在调控起始密码子识别严格性方面的作用相符。进一步实验表明，在间期，大部分 eIF1 位于细胞核内；当有丝分裂过程中核膜破裂时，eIF1 释放到细胞质中，随着细胞周期进入有丝分裂期，它起到了调控开关的作用。

细胞周期调控涉及多个层面，包括细胞周期蛋白依赖性激酶（CDKs）介导的磷酸化、泛素系统的降解作用以及转录调控。生长信号激活 CDKs，使其磷酸化靶蛋白，从而驱动细胞周期进程。泛素系统在关键的转换点选择性地降解特定蛋白质，而转录调节因子（包括 E2F 家族、视网膜母细胞瘤蛋白家族、BMYB 和 FOXM1）则引发基因表达的波动，影响 G1/S 期和 G2/M 期的转换。这些相互关联的调控层面共同确保细胞周期精确进行。

研究人员还证实，缺乏细胞核内 eIF1 储存库的细胞在有丝分裂停滞期间更容易死亡，但不太可能提前退出有丝分裂。虽然许多 N 端有小片段缺失或添加的蛋白质异构体可能与经典异构体功能相似，但有些异构体的功能可能发生了改变。例如，该研究团队之前的研究结果表明，选择性翻译起始会影响 CDC20（一种关键的纺锤体组装检查点蛋白）。核糖体漏扫描第一个 AUG 产生的较短的 CDC20 异构体，在应激条件下延迟有丝分裂退出的效果较差。在当前的研究中，Cheeseman 团队发现，eIF1 与 40S 亚基的结合增加会抑制第一个 AUG，导致较短且功能较弱的 CDC20 异构体的翻译水平升高，从而促使细胞提前退出有丝分裂。当应激导致有丝分裂延迟时，这一途径似乎在细胞死亡和提前退出有丝分裂之间起到了平衡作用。

翻译调控（控制从现有 mRNA 合成哪些蛋白质）是另一个关键的调控层面，在有丝分裂期间尤其重要，因为此时转录活动减少。通常情况下，mRNA 的 5' 端带有一个 7 - 甲基鸟苷（）帽，帽结合蛋白能够识别该帽结构，并与辅助因子一起招募 40S 核糖体亚基。该复合物会在 mRNA 上扫描起始密码子，通常是 AUG，不过像 CUG、AUU 和 GUG 等替代密码子以及其他密切相关的密码子，也可以作为翻译起始的标志。起始密码子两侧特定的核苷酸模式 ——Kozak 序列的存在，能够提高识别效率。一旦识别到起始密码子，60S 核糖体亚基就会与之结合，形成 80S 核糖体，将 mRNA 翻译成蛋白质。重要的是，细胞可以使用替代起始密码子来产生蛋白质变体，从而增加功能多样性。像 eIF1 和 eIF5 这样的关键辅助因子能够调节起始密码子选择的严格性，平衡经典异构体和替代异构体的产生。

Ly 等人的另一项观察结果是，在有丝分裂期间，eIF1:40S 复合物更倾向于翻译核编码的线粒体 mRNA。这表明，在长时间的有丝分裂过程中（这一时期能量需求较高），翻译调控对于线粒体的正常功能可能尤为重要。

这些发现对于癌症治疗具有潜在意义，特别是针对那些靶向有丝分裂停滞的药物，如紫杉烷类和长春花生物碱。虽然这些药物能够在有丝分裂停滞期间诱导癌细胞死亡，但一些细胞会通过提前退出有丝分裂（也称为有丝分裂滑移）逃脱死亡，这可能使细胞继续增殖，并由于染色体分离错误而获得新的特性。靶向 eIF1 等翻译起始因子，可能为在这些情况下操控细胞命运提供新的策略。

除癌症领域外，这一发现可能在卵母细胞成熟等转录长时间受限的过程中也具有相关性。未来的研究对于确定该机制的更广泛适用性以及探索其潜在的治疗意义至关重要。总体而言，这些研究结果凸显了翻译调控是细胞周期控制的一个关键层面。