The conserved β-hairpin of the SUI1 domain is a dual-function structural module governing translation initiation and ribosome recycling in yeast
本研究表明，酵母 DENR/Tma22p 复合物中 SUI1 结构域内保守且带正电的 β-发夹环 1 是一个关键的双功能结构模块，对于调控核糖体循环和翻译再起始至关重要，同时揭示了该结构域可以被同源的 eIF1/Sui1p 因子部分替代。
原始论文采用 CC BY 4.0 许可（https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。 这是一篇未经同行评审的预印本的AI生成解释。这不是医疗建议。请勿根据此内容做出健康决定。 阅读完整免责声明
在每一个活细胞内部，一种被称为核糖体的微型机器正在读取遗传指令以构建蛋白质，这些蛋白质是维持生命运转的劳动力。这个过程被称为翻译，它不是一个单一的连续事件，而是一系列精确的步骤。一旦核糖体完成对特定指令块的读取，它必须释放信息并重置以重新开始。在大多数情况下，核糖体会释放其组成部分并完全离开信息。然而，一些遗传信息在主指令之前包含简短的初步指令。当核糖体完成这些简短的初步部分时，它有时会保持附着在信息上，并立即开始读取下一部分。这种无需离开信息即可重新启动的能力被称为“再起始”（reinitiation），它是细胞调节蛋白质产量的一种关键方式。如果这种重置机制失败，核糖体可能会卡住或从错误的地方开始读取，从而可能产生有害的蛋白质。
科学家们早已知晓，需要特定的辅助蛋白来管理这一重置过程。在酵母（一种常用于研究人类生物学的简单生物）中，一对被称为 Tma20p 和 Tma22p 的辅助蛋白协同工作，以确保核糖体能够正确回收。这些蛋白质与另一种著名的蛋白质 eIF1 具有相似的结构形状，后者负责帮助启动读取遗传指令的第一步。由于它们看起来如此相似，研究人员想知道 Tma20p 和 Tま22p 这一对蛋白仅仅是复制了启动蛋白的工作，还是进化出了独特的回收角色。由 Kseniya Zamyatnina 及其领导的俄罗斯研究机构团队开展的一项新研究现在回答了这个问题，揭示了这些蛋白质究竟是如何工作的，以及当它们的特定部分发生故障时会发生什么。
为了理解这些蛋白质的作用，研究人员在酵母细胞内构建了一个定制的测试系统。他们创建了类似于“两部分报告”的遗传信息。第一部分是一个简短、易于读取的指令，核糖体会快速完成它。第二部分是一个较长的指令，只有当核糖体成功重置并在完成第一部分后仍停留在信息上时，才会进行读取。通过测量核糖体成功从第一部分移动到第二部分的频率，团队可以计算出回收过程的效率。他们在移除了一个或多个辅助蛋白的酵母细胞中测试了这个系统，以观察回收过程发生了怎样的变化。
团队首先比较了酵母中不同可用辅助蛋白的角色。他们发现，Tma20p 和 Tma22p 这对蛋白质在阻止核糖体过于轻易地重启方面发挥了主导作用。当两者都缺失时，核糖体重启得过于频繁，这表明回收过程出现了故障。第三种辅助蛋白 Tma64p 也发挥了作用，但其影响要小得多。研究人员发现，无论核糖体是在简短指令后还是在长指令后重启，Tma20p 和 Tma22p 对在控制这一过程方面都比 Tma64p 重要得多。
随后，研究重点转向了 Tma22p 蛋白质的具体形状。该蛋白质具有一个由带电粒子组成的独特环状结构，看起来与启动蛋白 eIF1 的一部分非常相似。研究人员创建了移除或改变了这一特定环结构的 Tma22p 蛋白质版本。当他们改变这个环中的带电粒子时，该蛋白质完全失去了帮助回收核糖体的能力。这些细胞中的核糖体表现得就像辅助蛋白完全缺失一样，重启得过于频繁。这证明了这一特定环对于该蛋白质的功能至关重要。
令人惊讶的是，当研究人员从蛋白质中移除整个环结构时，结果却有所不同。该蛋白质并没有完全失效，相反，酵母细胞仍然能够相当好地回收核糖体。这表明细胞中的另一种蛋白质（很可能是启动蛋白 eIF1）可以在主要辅助蛋白缺失其环结构时介入并接管这项工作。为了验证这个想法，团队创建了一种杂合蛋白。他们取了 Tma22p 辅助蛋白的前半部分，并将来自启动蛋白 eIF1 的环连接在一起。当他们将这种杂合蛋白放入缺乏天然 Tma22p 的细胞中时，它部分恢复了回收核糖体的能力。这证实了启动蛋白和回收辅助蛋白可以交换部件并仍然发挥功能，表明它们是从共同的祖先进化而来，以执行不同但相关的任务。
这些发现阐明了关于这些蛋白质在不同生物体中如何工作的长期争论。在酵母中，Tma20p 和 Tma22p 这一对蛋白的主要作用是阻止核糖体重启，从而确保它们离开信息以便在其他地方被重复利用。在人类中，类似的蛋白质一直被认为有助于核糖体重启，但这项研究表明，利用共享的结构形状来管理核糖体运动的基本机制是保守的。研究强调，Tma22p 蛋白质上的带电环是其工作的关键开关。如果没有它，回收过程就会崩溃，导致蛋白质生产出现错误。这一见解有助于解释细胞如何在蛋白质合成期间维持秩序，并为遗传突变如何导致疾病提供了更清晰的图景，因为人类中类似的蛋白质与神经系统疾病有关。这项工作表明，虽然进化为过程的不同步骤创造了专门的工具，但它们仍然共享一个共同的蓝图，并且在适当的条件下可以进行交换和适配。
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