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综述:神经元中的翻译停滞:远端细胞过程蛋白质适时递送的关键机制
【字体: 大 中 小 】 时间:2025年09月02日 来源:Biochemical Society Transactions 4.3
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这篇综述系统阐述了神经元通过独特的翻译停滞机制形成核糖体簇(80S),并组装成神经元RNA颗粒(neuronal RNA granules)进行mRNA运输的分子机制。文章重点解析了停滞核糖体的结构特征(如A/P和P/E tRNA杂交态)、相关RNA结合蛋白(FMRP、UPF1等)的作用,及其与代谢型谷氨酸受体(mGluR)介导的长时程抑制(LTD)的关联,为神经发育疾病(如脆性X综合征)提供了新的治疗视角。
细胞通常通过将mRNA从细胞核运输到特定细胞质位置来实现蛋白质的局部合成。这一过程依赖RNA结合蛋白(RBPs)与mRNA的5′或3′非翻译区结合,形成信使核糖核蛋白(mRNPs),并通过微管或肌动蛋白骨架运输。神经元因其高度极化的形态(轴突可延伸至数厘米),发展出独特的运输机制——将核糖体在胞体启动翻译后停滞,包装成含80S核糖体的神经元RNA颗粒,运输至突触处重新激活。
早期研究使用SYTO 14荧光染料和电镜技术证实,这些颗粒由核糖体簇和poly(A+) mRNA组成。超速离心分离显示,其沉降行为与典型多核糖体不同:高盐或离子去污剂会破坏其结构,提示其独特的组装方式。冷冻电镜(cryo-EM)分析揭示,停滞核糖体处于延伸阶段,携带A/P和P/E态tRNA,且新生肽链滞留于核糖体出口通道。
蛋白质组学研究发现,颗粒中富含G3BPs、Staufen、FMRP等RBPs,其中FMRP与脆性X综合征密切相关。这些蛋白通过无序结构域促进液-液相分离,形成颗粒的凝聚态。值得注意的是,FMRP的磷酸化状态调控颗粒稳定性:mGluR激活后,FMRP去磷酸化导致颗粒解离并重启翻译,支持突触可塑性。
核糖体图谱分析发现,停滞位点集中在开放阅读框前半段,且与FMRP体内交联的mRNA序列重叠。这些序列可能通过形成特殊二级结构或招募FMRP等因子诱导停滞,但具体机制仍需机器学习等工具进一步解析。
通常,停滞核糖体会被RQC途径识别并降解。但神经元通过将核糖体紧密簇集,可能屏蔽了碰撞感应蛋白(如ZNF598)的识别。冷冻电子断层扫描(cryo-ET)未来有望揭示颗粒内核糖体的空间排布,阐明其逃逸机制。
关键问题包括:颗粒内是单核糖体还是多核糖体?如何高效重启翻译?发育过程中颗粒丰度如何变化?解答这些问题需结合结构生物学与神经生物学手段,为神经发育疾病(如自闭症)提供新干预策略。
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