人干细胞依赖mRNA翻译偶联质量控制机制的CRISPRi筛选研究揭示细胞类型特异性调控

这篇研究通过诱导型CRISPR干扰（CRISPRi）筛选技术，系统比较了人诱导多能干细胞（hiPS细胞）及其分化的神经和心肌细胞对mRNA翻译机器核心组分和质控因子的遗传依赖性。研究发现干细胞特异性依赖核糖体碰撞传感器ZNF598介导的翻译起始质量控制，揭示了翻译-质控耦合机制在维持干细胞稳态中的关键作用，为发育和疾病中的翻译调控提供了新见解。

　　

比较CRISPRi筛选揭示人干细胞对翻译质控的独特依赖

研究团队通过诱导型CRISPRi系统，在人诱导多能干细胞（hiPS细胞）、神经祖细胞（NPCs）、神经元和心肌细胞（CMs）中系统筛选了262个翻译相关基因的必需性。与永生化细胞系HEK293相比，hiPS细胞对核糖体救援因子（如PELO-HBS1L复合物和碰撞传感器ZNF598）的缺失表现出显著敏感性，这种差异不能简单归因于蛋白表达水平或 knockdown效率的不同。

核心翻译机器的广泛必需性

核糖体蛋白（r-proteins）和基本翻译因子在所有细胞类型中均显示必需性，79个典型r-protein基因中有76个在增殖细胞中不可或缺。值得注意的是，组织特异性旁系同源基因如肌肉/脑特异性延伸因子EEF1A2仅在神经元存活中显示必需性，而eIF4G2的缺失意外促进神经元存活，暗示翻译调控网络的细胞类型特异性重编程。

干细胞对翻译质控缺陷的敏感性

hiPS细胞对ZNF598-ASCC3通路（介导碰撞核糖体解离）和PELO-HBS1L（清除停滞核糖体）的扰动特别敏感。通过核糖体停滞报告基因系统证实，ZNF598缺失导致(AAA)₂₀和XBP1停滞序列的读通增加，但HEK293细胞对此耐受性更强。深入机制研究表明，hiPS细胞中ZNF598缺陷会触发整合应激反应（ISR），表现为eIF2α磷酸化水平升高和ATF4靶基因上调，而GCN2/PERK抑制剂或ISRIB能挽救由此导致的细胞生长缺陷。

ZNF598在起始核糖体碰撞监测中的新角色

通过表达催化失活的ZNF598^RING突变体（C29S;C32S），研究者捕捉到内源性mRNA上的核糖体暂停事件。令人惊讶的是，42%的显著暂停位点集中在转录本起始密码子附近，这些mRNA具有较短的5′非翻译区（5′ UTR）、高翻译起始效率和强Kozak序列特征。组蛋白mRNA是这类事件的典型代表，其异常暂停导致hiPS细胞S期阻滞。长片段核糖体图谱（50-80 nt）进一步证实，ZNF598^RING能稳定40S-80S起始复合物的碰撞结构，而短暂使用起始抑制剂homoharringtonine（HAR）可诱导uS10/eS10泛素化。

讨论与展望

该研究建立了跨细胞类型的翻译机器功能图谱，揭示干细胞通过ZNF598感知起始阶段核糖体排队现象的特异机制。与酵母Hel2不同，人ZNF598在翻译起始质量控制中的作用可能解释其与神经发育障碍的关联。研究还提示，永生细胞系中基础ISR激活可能掩盖翻译质控缺陷的表型，强调在生理相关模型中进行机制研究的重要性。这些发现为理解发育过程中翻译重编程及相关疾病提供了新视角。