碰撞诱导的核糖体降解：核糖体竞争与翻译扰动驱动的小亚基稳定性调控新机制

《Nature Communications》：Collision-induced ribosome degradation driven by ribosome competition and translational perturbations

　　本研究针对翻译扰动如何影响核糖体稳定性的核心问题，通过系统性解析酵母中uS3泛素化介导的核糖体小亚基降解通路，揭示了由核糖体碰撞诱导的降解新分支（CoRD）。研究人员发现，翻译活性但效率低下的原核样核糖体会因与野生型核糖体竞争引发碰撞，通过Mag2-Hel2介导的uS3多聚泛素化被清除；进一步证实内源性核糖体在顺铂处理及生长相变过程中通过该通路调整亚基 stoichiometry。该研究不仅拓展了核糖体质量控制的范畴，更为理解翻译应激与核糖体稳态的关联提供了新视角。

　　

在细胞应对环境变化时，核糖体的丰度控制是维持蛋白质合成稳态的核心环节。此前研究已知，单个失活的核糖体在起始密码子处停滞会触发泛素化介导的18S核糖体RNA降解（18S NRD），但更普遍的翻译延伸过程中的核糖体碰撞是否影响核糖体稳定性仍不明确。日本东京大学医学科学研究所与东北大学药学研究科联合团队在《Nature Communications》发表的最新研究中，系统阐释了翻译扰动如何通过分支化的泛素化通路驱动核糖体小亚基降解，揭示了碰撞诱导的核糖体降解（CoRD）作为一种新型监控机制，在清除功能缺陷核糖体及响应应激相关翻译紊乱中的关键作用。

为解析不同翻译异常触发的核糖体降解路径，研究人员首先构建了一系列18S rRNA解码中心点突变体，并通过转录关闭实验评估其稳定性。结果显示，这些突变体可依降解依赖的E3泛素连接酶分为三类：依赖个体停滞传感器Fap1的（如A1756C）、依赖碰撞传感器Hel2的（如C1641A），以及同时依赖二者的突变体。尤为关键的是，团队构建了模拟原核生物解码中心的双位点突变体（18S: GA/AG），该核糖体虽具翻译活性，但在与野生型核糖体共存时因延伸速率差异引发碰撞，进而通过Mag2-Hel2介导的uS3多聚泛素化被降解。这一发现直接证实碰撞可触发功能性核糖体的清除。

核糖体分析（Ribo-seq）显示，18S: GA/AG核糖体在编码区内分布异常，起始与终止密码子处密度降低，而内部区域积累增多，提示其延伸速率整体减缓；乳夹霉素（LTM） runoff实验进一步证实其全局延伸速率低于野生型。通过双质粒系统比较不同核糖体组合下的降解与泛素化水平，研究明确竞争性碰撞会选择性地清除延伸速率较慢的“亚优”核糖体种群。

研究还揭示uS3与uS5的协同泛素化对降解至关重要，而uS10泛素化在个体停滞（由Fap1介导）与碰撞（由Hel2介导）场景中作用迥异：在碰撞条件下，Hel2优先延伸uS3的泛素链而非启动uS10泛素化，此选择偏好由Mag2预先介导的uS3单泛素化“启动”所决定。这一靶向特异性平衡了核糖体降解与肽链质量控制（RQC）的细胞需求。

在生理与应激场景中，团队发现抗癌药顺铂通过在其偏好结合的GG/UGG密码子处诱发停滞与碰撞，激活Mag2-Hel2依赖的uS3泛素化，导致内源性核糖体40S亚基相对短缺；而在酵母从指数生长期向双相转换期过渡时，同样通过该通路实现亚基 stoichiometry 向40S短缺状态的调整，此过程与细胞生长暂缓及uS3泛素化峰值同步。

关键技术方法包括：利用可编辑rRNA质粒系统构建突变体；通过Northern blot、蔗糖密度梯度离心及Western blot分析rRNA稳定性、核糖体谱系及泛素化；采用MS2亲和纯化与核糖体分析解析特定核糖体群体的翻译动态；通过体外泛素化实验验证E3酶活性。

研究结论指出，核糖体动态通过分支化泛素化通路（SRD与CoRD）与稳定性紧密偶联：Mag2作为“黄牌”标记潜在降解底物，而Fap1或Hel2的“红牌”式多聚泛素化则最终决定核糖体命运。该机制不仅清除缺陷核糖体，更在翻译应激时主动调整核糖体组成为细胞适应提供新策略。研究为核糖体病、癌症化疗反应及衰老中翻译稳态失调提供了分子层面的深入理解。