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在细胞翻译调控机制研究中，存在诸多未知，为探究 OLA1/YchF 的作用，南方科技大学研究人员开展相关研究。结果表明，OLA1/YchF 可结合核糖体大亚基，促进富含 D/E 的 mRNA 翻译。这为深入理解翻译调控和相关疾病机制提供关键依据。
细胞内的蛋白质合成就像一场精密的交响乐，而核糖体则是这场交响乐的核心演奏者。在翻译过程中，各种 “指挥” 和 “辅助者” 协同工作，确保蛋白质准确无误地合成。然而，目前对于其中一些关键 “角色” 的作用机制，我们仍知之甚少。例如，保守 GTP 酶 OLA1（Obg-like ATPase 1）及其细菌同源物 YchF，它们在翻译调控中究竟扮演着怎样的角色？在肿瘤进展和应激反应中又发挥着何种作用？这些问题就像一团迷雾，笼罩着科研人员，促使他们不断探索。
为了揭开这团迷雾，南方科技大学生命科学学院系统生物学系以及生物电子显微镜研究所的研究人员踏上了探索之旅。他们深入研究了保守 GTP 酶 OLA1/YchF，旨在揭示其在翻译调控中的奥秘。经过一系列艰苦的实验和分析，研究人员取得了重要成果。他们发现，OLA1/YchF 能够结合核糖体大亚基，并促进富含天冬氨酸（Asp）和谷氨酸（Glu）（D/E）的 mRNA 的高效翻译。这一发现不仅为理解翻译调控的分子机制提供了关键线索，还对研究肿瘤进展和应激反应等过程具有重要意义。相关研究成果发表在《Nature Communications》上。
研究人员为开展此项研究，运用了多种关键技术方法。在结构研究方面，使用冷冻电镜（cryo-EM）技术解析 YchF 与 50S 亚基的复合物结构；通过核糖体分析（Ribo-seq）技术，从全基因组水平研究核糖体动力学，分析基因翻译效率及核糖体停滞情况；此外，还利用 CRISPR-Cas9 介导的基因组工程技术构建了 ΔychF BL21 (DE3) 大肠杆菌菌株和 OLA1<sup>-/-</sup> Hela 细胞系用于实验研究 。
下面来详细看看研究结果：
- YchF 核糖体复合物的表征：研究人员通过蔗糖垫实验和亲和层析等方法，成功获得并纯化了 YchF 与核糖体的复合物。冷冻电镜结果显示，YchF (H114A) 主要与 50S 亚基结合，其结构分辨率达到 2.37 ?。通过聚焦分类和信号扣除策略，得到了更高分辨率的局部重建，为深入研究 YchF 与 50S 亚基的相互作用提供了清晰的结构信息。
- YchF 与 50S 亚基的结合方式：YchF 主要通过其螺旋结构域与 50S 亚基的 uL14、bL19 和 H62 结合。螺旋结构域的多个赖氨酸残基与 H62 的 backbone 相互作用，同时该结构域与 uL14、bL19 之间还存在静电和极性相互作用，共同促进了 YchF 与 50S 亚基的结合，结合界面面积约为 643 ?<sup>2</sup>。
- YchF 的构象变化：通过对核糖体结合状态和游离状态的 YchF 进行结构比对，发现其 ATPase 和 TGS 结构域在结合核糖体后发生了显著的位移和旋转，导致螺旋结构域和 TGS 结构域之间的裂隙角度变小，这种变化可能影响其底物结合特性。
- 螺旋结构域对 YchF 功能的重要性：研究发现，删除 YchF 的螺旋结构域可部分消除细胞对氧化应激的超敏反应，表明螺旋结构域对 YchF 的功能至关重要，可能通过与 50S 核糖体亚基的结合发挥作用。
- YchF 促进核糖体的解离：体外实验和细胞内实验均表明，YchF 能够促进经氯霉素处理的核糖体解离为大亚基和小亚基。在细胞内，添加 YchF 后，核糖体亚基的峰值增加，说明 YchF 可促进 70S 核糖体的分裂，且该过程可能与 ATP 水解无关。
- OLA1 对基因翻译的影响：通过对 OLA1 基因敲除的 Hela 细胞进行 RNA-seq 和 Ribo-seq 分析，发现 OLA1 缺失会改变多种基因的翻译效率。在翻译水平上，297 个基因的翻译效率上调，254 个基因下调，这些基因涉及膜和线粒体组织、染色质组织等多个生物学过程。
- OLA1 缓解核糖体停滞：Ribo-seq 数据显示，在 OLA1<sup>-/-</sup>细胞中，核糖体在富含 D/E 的区域更容易停滞。构建的 mCherry-D<sub>12</sub>-GFP 报告系统表明，删除 ychF 或 OLA1 会影响核糖体相关质量控制（RQC）途径，导致报告蛋白比例变化。研究人员推测 OLA1/YchF 可能通过促进停滞核糖体的解离来缓解核糖体在富含 D/E 区域的停滞。
研究结论和讨论部分指出，该研究确定了 YchF 与 50S 核糖体亚基结合的冷冻电镜结构，并深入研究了其在翻译调控中的功能。YchF 与已知的核糖体抗结合因子 RsfS 和 eIF6 结合位点相似，推测其在特定应激条件下可能具有类似的防止功能性核糖体形成的作用。同时，研究还发现 OLA1 可缓解 mRNA 富含 D/E 区域的核糖体停滞，可能是在新生肽释放后促进停滞核糖体的解离。然而，目前仍不清楚 OLA1/YchF 识别停滞核糖体和促进解离的详细机制，还需要进一步研究捕获核糖体上的相关中间体来揭示。此外，OLA1/YchF 是多功能蛋白，未来研究需要综合考虑其多种作用机制对细胞功能的影响。总体而言，这项研究为理解保守 GTP 酶 OLA1/YchF 在翻译调控中的作用提供了关键信息，为后续研究其与癌细胞生长等过程的关系奠定了坚实基础，有望为相关疾病的治疗和干预提供新的思路和靶点。
