Fbxo42通过降解Ataxin-2颗粒触发Xbp1信号通路终末激活的分子机制

本研究揭示了Fbxo42调控Ataxin-2降解在未折叠蛋白反应(UPR)诱导细胞死亡中的关键作用。研究人员通过果蝇遗传筛选发现，F-box蛋白Fbxo42功能缺失突变可抑制Xbp1spliced过表达导致的视网膜退化和细胞死亡，并证实Ataxin-2作为Fbxo42的底物，其泛素化降解是UPR终末阶段激活Xbp1 mRNA翻译并触发细胞死亡的必要步骤。该发现为理解慢性内质网应激导致细胞凋亡的分子机制提供了新视角。

　　

内质网是细胞中负责分泌蛋白和膜蛋白合成折叠的重要细胞器。当内质网的折叠能力受损时，未折叠或错误折叠的蛋白质积累会导致内质网应激（ER stress），进而激活未折叠蛋白反应（UPR）。虽然UPR最初通过减少蛋白质合成和上调分子伴侣表达来恢复内质网稳态，但持续的内质网应激会导致细胞凋亡，这一过程的分子机制尚不完全清楚。

在UPR信号通路中，转录因子Xbp1是Ire1信号通路的重要介质。Ire1的核酸内切酶活性可将Xbp1 mRNA进行非常规剪接，产生具有更长羧基端的Xbp1^spliced（Xbp1s）蛋白。研究人员发现，Xbp1s的持续表达会诱导细胞死亡，导致果蝇眼睛出现萎缩的"光泽眼"表型。通过遗传筛选，他们鉴定出F-box蛋白Fbxo42的功能缺失突变可以抑制Xbp1s诱导的细胞死亡。

为了阐明Fbxo42的作用机制，研究人员采用了一系列先进技术方法。他们首先通过基于生物素化泛素（b^bUb）的蛋白质组学筛选，鉴定出RNA结合蛋白Ataxin-2是Fbxo42的关键底物。利用免疫共沉淀和免疫荧光技术证实了Fbxo42与Ataxin-2的相互作用。通过单分子RNA荧光原位杂交（smFISH）和iCLIP技术，揭示了Ataxin-2与Xbp1 mRNA的结合特性。此外，还运用了蛋白质稳定性实验和阿尔法折叠（AlphaFold）结构预测等方法。

研究结果部分包含以下重要发现：

表达Xbp1^spliced导致萎缩性"光泽眼"表型

在果蝇眼中过表达Xbp1s会产生特征性的小眼表型，这种表型可通过共表达抗凋亡蛋白P35或DIAP1得到部分抑制。遗传筛选鉴定出14个等位基因的Fbxo42功能缺失突变能显著抑制"光泽眼"表型。

Fbxo42促进Ataxin-2-泛素复合物的形成

蛋白质组学分析发现Ataxin-2是Fbxo42的特异性底物。免疫印迹实验证实Fbxo42能促进Ataxin-2的泛素化，这种修饰对二硫苏糖醇（DTT）敏感，提示可能涉及半胱氨酸残基的修饰。

Fbxo42与Ataxin-2在果蝇组织和S2细胞中相互作用

免疫共沉淀实验显示Fbxo42与Ataxin-2存在物理相互作用。在内质网应激条件下，Ataxin-2形成颗粒并被Fbxo42修饰。

Fbxo42促进Ataxin-2的降解

蛋白质稳定性实验表明，Fbxo42过表达加速Ataxin-2的降解，而Fbxo42 RNA干扰则延长Ataxin-2的半衰期。结构预测显示Ataxin-2的C244残基位于泛素转移的有利位置。

Ataxin-2在UPR激活期间结合Xbp1 mRNA

smFISH和iCLIP实验证实，在内质网应激条件下，Xbp1 mRNA被隔离在Ataxin-2颗粒中。Ataxin-2特异性结合Xbp1 mRNA 3'UTR区的AU富集 motif。

Ataxin-2和Fbxo42调控Xbp1 mRNA在UPR激活期间的稳定性和翻译

mRNA稳定性实验显示，Ataxin-2敲除会降低Xbp1 mRNA的稳定性。蛋白质水平分析表明，Fbxo42通过降解Ataxin-2颗粒，释放Xbp1 mRNA进行翻译。

这项研究提出了一个创新性模型：在高水平内质网应激下，Xbp1 mRNA最初被储存在Ataxin-2颗粒中避免降解，随后Fbxo42被招募至这些颗粒促进Ataxin-2的泛素化降解，最终释放Xbp1 mRNA进行翻译并触发细胞死亡。这一发现不仅阐明了UPR终末阶段信号放大的分子机制，也为理解神经退行性疾病（如脊髓小脑共济失调）中RNA代谢异常提供了新思路。

该研究由Pedro M. Domingos团队完成，发表在《Nature Communications》杂志上。研究人员综合利用遗传学筛选、蛋白质组学、RNA生物学和结构生物学等多学科方法，揭示了Fbxo42-Ataxin-2-Xbp1轴在调控内质网应激反应中的核心作用，为开发针对内质网应激相关疾病的治疗策略提供了潜在靶点。