大肠杆菌核糖体结合移码刺激序列(FSS)时核糖体蛋白发生显著构象变化的机制研究

本研究通过小角中子/X射线散射和电镜技术，揭示了当70S核糖体与mRNA茎环结构（如移码刺激序列FSS）结合时，其蛋白质组分发生22%延伸的显著构象变化，为解决核糖体动态构象与翻译调控机制关联提供了重要结构生物学证据。

　　

核糖体作为细胞内的蛋白质合成工厂，其动态构象变化与基因翻译调控密切相关。然而，当核糖体遇到mRNA特殊二级结构（如移码刺激序列FSS）时，高度灵活的核糖体蛋白区域往往难以通过传统结构生物学手段解析。这一技术瓶颈严重阻碍了对程序性移码等关键翻译调控机制的理解。美国橡树岭国家实验室的Emily Armbruster团队在《Biomacromolecules》发表的研究，首次捕捉到FSS诱导的核糖体蛋白大规模构象重排。

研究采用小角中子散射(SANS)、小角X射线散射(SAXS)和电子显微镜联用策略，对比分析了结合线性mRNA与FSS茎环结构的70S大肠杆菌核糖体。通过建立样本队列，发现核糖体蛋白stalk结构域在FSS结合状态下延伸率达22%，证实了核糖体蛋白具有远超预期的结构可塑性。

【关键发现1：FSS诱导stalk蛋白延伸】

通过SANS/SAXS数据的三维重构显示，与线性mRNA结合的核糖体相比，FSS茎环结构使核糖体stalk蛋白（包含L7/L12复合体）产生显著构象变化。该区域的中子散射密度分布变化表明其长度增加22%，暗示其可能作为机械传感元件参与翻译调控。

【技术突破：多尺度结构解析】

研究创新性地整合了冷冻电镜的单颗粒分析（分辨率约3.5?）与溶液状态散射数据，克服了传统方法对柔性区域解析的局限性。中子散射的氢氘置换技术进一步精确定位了构象变化涉及的氨基酸残基。

结论部分强调，该发现为理解核糖体"构象连续统"(conformational continuum)提供了直接证据，阐明FSS可能通过诱导stalk蛋白构象变化来调控tRNA进出速率。这种结构可塑性可能普遍存在于各种mRNA二级结构介导的翻译调控过程中，为开发靶向核糖体动态构象的抗菌药物提供了新思路。论文通讯作者Peter Cornish指出，该研究建立的多模态结构解析方法尤其适用于其他核酸-蛋白质复合物的动态特性研究。