PinX1乙酰化通过RNA聚合酶I前起始复合体调控核糖体生物合成以响应营养饥饿

研究人员针对细胞在营养匮乏时如何通过调控核糖体生物合成实现能量节约的机制问题，聚焦微管结合蛋白PinX1的乙酰化修饰及其在RNA聚合酶I（Pol I）前起始复合体（PIC）组装中的作用。研究发现，PinX1通过直接结合POLR1G促进rDNA转录，而营养饥饿诱导的PinX1乙酰化（K43/K133/K140/K149/K190/K222）会破坏其与POLR1G的互作，从而抑制PIC组装和核糖体合成。该研究揭示了PinX1作为营养感应器的新功能，为结直肠癌（CRC）治疗提供了潜在靶点。

　　

在细胞应对环境压力的生存策略中，营养匮乏会触发一系列适应性反应，其中核糖体生物合成的抑制是节约能量的关键机制。然而，这一过程如何与细胞营养状态精确协调仍不清楚。尤其值得注意的是，虽然营养匮乏通常导致蛋白质乙酰化水平整体下降，但某些关键蛋白的乙酰化反而增强，这种"逆势而行"的修饰隐藏着怎样的调控密码？

来自中国的研究团队将目光投向了一个具有多重身份的蛋白——PIN2/TRF1相互作用端粒酶抑制因子1（PinX1）。既往研究已知PinX1能抑制端粒酶活性并参与微管稳定，但其在核糖体合成中的作用仍是空白。更引人深思的是，该团队前期乙酰化组学分析发现，PinX1在营养匮乏条件下属于少数乙酰化水平显著升高的蛋白之一，这种特殊现象暗示它可能在能量应激响应中扮演着"分子开关"的角色。

研究人员首先通过TCGA和GTEx数据库分析发现，PinX1在结直肠癌（CRC）中高表达且与不良预后相关。体外实验证实，敲低PinX1会显著抑制CRC细胞的增殖、迁移和rDNA转录。这一现象背后的机制图谱通过多组学技术逐步展开：质谱分析鉴定出PinX1与上游结合转录因子（UBTF）、核仁磷酸蛋白（NPM）等核糖体生物合成相关蛋白存在相互作用；免疫共沉淀（co-IP）实验进一步揭示PinX1直接结合RNA聚合酶I亚基G（POLR1G）——该亚基是Pol I前起始复合体组装的关键元件。

营养饥饿实验呈现了精彩的分子调控场景：在氨基酸剥夺（EBSS处理）或葡萄糖匮乏条件下，PinX1在K43、K133、K140、K149、K190和K222位点发生显著乙酰化。通过构建系列突变体（6KR为去乙酰化模拟突变，6KQ为乙酰化模拟突变），研究团队发现这种修饰会削弱PinX1与POLR1G的结合能力。分子对接模拟显示，K190位点通过盐桥直接参与PinX1-POLR1G互作界面形成。当营养匮乏时，乙酰转移酶CBP/p300被激活，而去乙酰化酶HDAC3/HDAC10活性降低，共同导致PinX1超乙酰化，最终使POLR1G无法有效招募至rDNA启动子区域，导致PIC解聚和转录抑制。

在技术方法上，研究整合了CRISPR-Cas9基因编辑构建PinX1敲除细胞系，采用串联质谱标签（TMT）标记的蛋白质组学鉴定互作蛋白，通过5-乙炔基尿苷（EU）掺入实验监测新生RNA合成，并运用GST pull-down验证蛋白直接互作。临床样本分析则基于TCGA、GTEx和GEO数据库的CRC转录组数据。

关键研究发现包括：

1. PinX1在CRC中高表达并促进细胞增殖：生物信息学分析和免疫组化证实PinX1在CRC组织中的过表达特征，功能实验显示其缺失会抑制细胞克隆形成和EdU掺入。
2. PinX1调控rDNA转录和核糖体生物合成：质谱鉴定出PinX1与UBTF、POLR1G等形成复合物，敲除PinX1导致47S pre-rRNA水平下降和蛋白质合成速率降低。
3. 营养饥饿诱导PinX1乙酰化：EBSS处理使PinX1在6个保守赖氨酸位点乙酰化，乙酰化模拟突变体（6KQ）丧失促进rDNA转录的能力。
4. CBP/p300和HDAC3/10动态调控PinX1乙酰化：CBP/p300作为乙酰转移酶、HDAC3/10作为去乙酰化酶共同维持PinX1修饰平衡，饥饿条件下CBP与PinX1结合增强。
5. 乙酰化破坏PinX1-POLR1G互作：GST pull-down证实6KQ突变体与POLR1G结合减弱，免疫荧光显示饥饿处理后两者共定位减少，导致PIC组装障碍。
6. 乙酰化表型与细胞生存策略关联：6KR突变细胞在葡萄糖匮乏时更易发生凋亡（PARP切割增加），说明PinX1乙酰化是细胞节能生存的关键调节机制。

这项发表于《Journal of Biological Chemistry》的研究首次阐明了PinX1通过乙酰化修饰感知营养状态、调控核糖体生物合成的分子路径。其重要意义在于：一方面揭示了乙酰化修饰在能量应激响应中的"分子开关"作用，突破了以往认为营养匮乏普遍导致蛋白去乙酰化的认知局限；另一方面为CRC治疗提供了新思路——靶向PinX1乙酰化位点或可特异性干扰肿瘤细胞的核糖体合成。特别值得注意的是，PinX1在多种癌症中呈现"双面性"（在CRC等癌症中促癌，在胃癌等中抑癌），本研究揭示的乙酰化调控机制可能为解释这种组织特异性提供了分子基础。未来研究可进一步探索PinX1乙酰化抑制剂与现有化疗方案的协同效应，以及其在其他依赖核糖体合成的疾病（如某些遗传综合征）中的潜在应用价值。