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在细胞应对环境变化的过程中，核糖体稳态调节至关重要，但应激时核糖体的降解机制尚不明确。研究人员开展了关于应激诱导 40S 核糖体降解途径的研究，发现氨基酸饥饿诱导泛素化 40S 核糖体选择性降解，RIOK3 在其中起关键作用，这为理解核糖体稳态调控提供了重要依据。
在细胞的微观世界里，核糖体就像一个个精密的 “小工厂”，负责蛋白质的合成工作。在正常情况下，这些 “小工厂” 有序运转，为细胞的生长、发育提供充足的 “原料”。然而，当细胞遭遇诸如氨基酸饥饿、蛋白质折叠应激等不良环境时，核糖体的正常工作就会受到影响。此时，细胞需要对核糖体进行调控，以适应环境变化，维持自身的生存和功能。但长期以来，科学家们并不清楚在这些应激条件下，核糖体是如何被降解的，这就像是在黑暗中摸索，找不到前行的方向。
为了揭开这个谜团，来自复旦大学闵行医院、约翰霍普金斯大学医学院等机构的研究人员踏上了探索之旅。他们聚焦于应激诱导 40S 核糖体降解这一关键问题，展开了深入研究。最终，他们发现了一条全新的 40S 核糖体降解途径，这一成果如同在黑暗中点亮了一盏明灯，为理解细胞如何调控核糖体稳态提供了重要线索。该研究成果发表在《Molecular Cell》杂志上。
在这项研究中，研究人员运用了多种先进的技术方法。他们采用蔗糖梯度沉降技术，分析不同处理条件下细胞中核糖体亚基的分布变化；利用免疫沉淀和蛋白质组学技术，鉴定与 40S 核糖体相互作用的蛋白及泛素化位点；借助冷冻电镜（cryo-EM）技术，解析 RIOK3 与 40S 核糖体结合的结构。通过这些技术，研究人员从不同角度对 40S 核糖体的降解机制进行了全面剖析。
研究人员首先探究了 40S 核糖体在饥饿条件下的变化。通过蔗糖梯度沉降实验，他们发现氨基酸（AA）饥饿时，细胞中多聚核糖体减少，单核糖体增加，且随着饥饿时间延长，游离的 60S 亚基显著积累，40S 亚基相对减少。进一步研究表明，RNF10 介导的 uS3 和 uS5 泛素化在这一过程中起着关键作用。RNF10 基因敲低或敲除会阻止 uS3/uS5 泛素化，进而抑制 40S 亚基在饥饿时的减少。这说明 40S 亚基上 uS3 和 uS5 的泛素化是其在饥饿或蛋白质折叠应激时被降解的重要标记。
接着，研究人员寻找能够靶向泛素化 40S 亚基并促使其降解的因子，发现 RIOK3 蛋白具有这一功能。RIOK3 可特异性结合泛素化的 40S 核糖体，且其结合对饥饿诱导的 40S 核糖体降解至关重要。RIOK3 基因敲除或敲低会阻止 40S 亚基在饥饿时的减少，而过表达 RIOK3 则足以诱导 40S 亚基减少。此外，RIOK3 还能稳定结合泛素化的 uS3/uS5，促进其降解。
为了深入了解 RIOK3 与泛素化 40S 核糖体的相互作用机制，研究人员利用冷冻电镜技术解析了 RIOK3 - 40S 核糖体复合物的结构。结果显示，RIOK3 通过其非典型的泛素相互作用基序（UIM）与 uS3 和 uS5 上的泛素结合，同时其核糖体结合区域（RBR）占据 40S 核糖体的 mRNA 通道，阻止翻译过程。进一步的突变分析表明，UIM 和激酶结构域（KD）对 RIOK3 介导的 40S 核糖体降解均至关重要。UIM 负责稳定结合泛素化的 40S 核糖体，而 KD 可能通过结合 ATP 来触发 40S 核糖体的降解。
研究人员还观察到 RIOK3 结合的 40S 核糖体是逐步降解的。通过冷冻电镜结构分析和纳米孔测序，他们发现 40S 核糖体的降解从 18S rRNA 的 3'0端开始，依次经历多个降解状态，最终几乎整个 18S rRNA 及其相关核糖体蛋白被降解。此外，研究表明蛋白酶体参与了 40S 核糖体蛋白的降解过程。
在讨论部分，研究人员总结了他们的发现，提出了一个模型来解释应激条件下 40S 核糖体的降解机制。在氨基酸饥饿或蛋白质折叠应激等条件下，RNF10 使 40S 核糖体上的 uS3 和 uS5 泛素化，这些泛素化的核糖体被 ASCC3 从转录本上清除，产生游离的泛素化 40S 亚基。RIOK3 识别并结合这些泛素化的 40S 亚基，触发 18S rRNA 从 3'0端开始降解，同时核糖体蛋白可能被蛋白酶体降解。
这项研究具有重要的意义。它揭示了应激诱导 40S 核糖体降解的详细机制，为理解核糖体稳态调控提供了关键信息。此外，由于 RIOK3 在多种应激条件下均参与 40S 核糖体的降解，这表明它可能在多种生理和疾病状态下发挥重要作用。例如，在肿瘤等营养受限的环境中，该途径可能参与调节核糖体水平，影响肿瘤细胞的生长和存活。然而，研究也存在一些局限性，如 RIOK3 的 KD 在 40S 核糖体降解中的具体作用机制仍有待进一步研究，RIOK3 - 40S 复合物二聚体在降解过程中的作用也尚不明确。尽管如此，该研究依然为后续的研究奠定了坚实的基础，有望推动核糖体生物学领域的进一步发展。
