专栏名称: BioArt

BioArt致力于分享生命科学领域科研学术背后鲜为人知的故事，及时报道和评论生命科学领域有料的动态，BioArt也是一个生命科学领域“百花齐放，百家争鸣”的舞台，循“自由之思想”与“独立之精神”为往圣继绝学。

Science | 内质网自噬和泛素-蛋白酶体途径缓解因隐蔽剪接导致的蛋白毒性

BioArt · 公众号 · 生物 · 2024-12-19 00:13

正文

撰文 | Qi

在真核细胞中，许多前体mRNA（pre-mRNA）会发生剪接以生成不同的成熟mRNA，进而被翻译成结构和功能不同的蛋白质。色素性视网膜炎（RP）是一种以光感受器变性和失明为特征的疾病，目前鉴定的RP致病基因已超100种，其中一类便与pre-mRNA的剪接相关，但其确切的调控机制仍然未知。

近日，来自德国法兰克福大学的Ivan Dikic团队在Science杂志上发表了一篇题为Pathogenic proteotoxicity of cryptic splicing is alleviated by ubiquitination and ER-phagy的文章，他们报道了人类细胞系、斑马鱼和小鼠中泛素特异性蛋白酶39（USP39）的缺乏可导致剪接体组装受损和隐蔽5’剪接位点（cryptic 5' splicing sites, C5'SS）为特征的细胞毒性特征（错误折叠的蛋白聚集、内质网应激等），但可通过上调泛素-蛋白酶体系统和内质网自噬来减轻，总之，这项研究结果有助于加深人们对剪接体相关疾病分子机制的理解。

剪接体相关疾病中经常能检测到能破坏U4/U6.U5 tri-snRNP剪接体复合物稳定性的突变，已知泛素特异性蛋白酶39（USP39）可参与tri-snRNP的组装，而RP患者样本常检测到USP39缺乏【1-3】。为阐明RP发病是否与USP39缺乏相关，该团队利用CRISPR-Cas9生成usp39缺陷斑马鱼，发现其表型和转录组与人类RP受试者相似，而在靶向USP39的si-RNA处理的HeLa细胞中U4 snRNA、U5 snRNA和tri-snRNP蛋白的相互作用减少。MAJIQ工具【4】分析显示USP39缺陷HeLa细胞、斑马鱼和小鼠中未在人类参考基因组中注释的C5'SS事件增加，伴随外显子序列中移码或提前终止密码子的频率增加，但RNA-seq结果显示异常转录本并未下调，提示无义介导的mRNA衰减（NMD）受损。此外，负责在应激条件下维持蛋白质稳态的热休克反应（HSR）在USP39缺陷体内外系统中上调，说明蛋白稳态被破坏，且胞内出现不溶性蛋白的聚集。

随后，该团队分析了USP39缺陷细胞的蛋白质组，发现mTOR失活且自噬途径相关蛋白富集。已知BiP与受体FAM134B结合可促进内质网自噬（ER-phagy）并抵消ER应激【5】，该团队观察到USP39缺陷细胞中FAM134B与另一种在自噬中起关键作用的蛋白LC3B的共定位增加，提示细胞可能通过ER自噬从而在剪接受损的情况下减轻ER应激。

但胞内的蛋白毒性聚集体如何处理？通过对上述蛋白组结果进行分析发现USP39缺陷细胞中泛素化途径上调，为确定USP39的去泛素化活性是否与细胞内增强的泛素化有关，他们分析了USP39的催化活性，但与USP39相互作用的蛋白在其缺陷细胞中并未被泛素化。已知NRF1和HSF1可以诱导泛素蛋白酶体系统（UPS）基因转录以响应蛋白毒性应激【6】，而在USP39缺陷细胞中，该团队确实观察到HSF1和NRF1的激活，提示UPS系统可减轻错误折叠蛋白聚集引起的细胞毒性，若用MG132蛋白酶体抑制剂处理细胞则能导致胞质聚集物、内质网腔内未折叠蛋白和内质网应激的增加，损害细胞生长。

综上，这项工作表明USP39是剪接保真度的调节因子，其缺陷会激活C5'SS的使用并产生蛋白毒性剪接变体，从而触发胞质蛋白聚集和内质网应激，激活UPR途径并导致细胞死亡，这些发现提供了对剪接体相关疾病发病机制的深入了解，也为未来针对这类疾病（例如RP）的靶向治疗提供了潜在的策略。

原文链接：

science.org/doi/10.1126/science.adi5295

制版人：十一

参考文献

1. Y.-H. Huang, C.-S. Chung, D.-I. Kao, T.-C. Kao, S.-C. Cheng, Mol. Cell. Biol. 34, 210–220 (2014).
2. D. E. Agafonov et al., Science 351, 1416–1420 (2016) .

3. A. Buskin et al., Nat. Commun. 9, 4234 (2018).

4. J. Vaquero-Garcia et al., eLife 5, e11752 (2016).

5. S. Chipurupalli et al., Cell Death Dis. 13, 357 (2022).

6. A. Northrop, H. A. Byers, S. K. Radhakrishnan, Mol. Biol. Cell 31, 2158–2163 (2020).

BioART战略合作伙伴

（*排名不分先后）