分享一篇研究人员发表在 Nature Chemical Biology的文章，题目为“The eRF1 degrader SRI-41315 acts as a molecular glue at the ribosomal decoding center” 。文章中，课题组报道一种新的分子粘合剂，名为SRI-41315，它在核糖体解码中心起到了作用。研究发现，SRI-41315能够与核糖体解码中心的eRF1结合，促使eRF1被降解。
翻译终止是一个基本的细胞过程，在真核生物中需要eRF1来识别停止密码子、释放新合成蛋白质并促进核糖体循环。提前出现停止密码子会导致疾病的发生，因此翻译终止对于疾病的治疗也有重要意义。SRI-41315是一种小分子化合物，可以降解eRF1蛋白，并增强翻译后读取的效果，从而治疗由提前停止密码子引起的疾病。
首先，研究人员使用SRI-41315在无细胞哺乳动物翻译系统中观察了其对蛋白质合成的影响。结果显示，SRI-41315以剂量依赖的方式抑制了放射性标记蛋白质的合成，并产生了比完整蛋白质更小的放射性标记产物。这些更小的产物经过免疫沉淀后，发现它们是模型蛋白质的C-末端截断形式。在存在SRI-41315的情况下合成的新生蛋白质不再与tRNA结合，而是从核糖体上释放出来。与之相反，使用过量的eRF1(AAQ)或非终止密码子mRNA产生的停滞翻译中间体显示与核糖体结合的肽基-tRNA加合物。这些发现表明，SRI-41315抑制了翻译过程，但不影响翻译终止的肽水解步骤。后续重点关注eRF1的泛素化和与核糖体的结合，在反应中添加了重组RNF14，体外翻译反应发现，SRI-41315特异性地诱导了eRF1的泛素化，这种泛素化呈剂量依赖性，并且通过添加野生型RNF14而不是包含一个破坏泛素连接酶活性的RNF14变体来增强。研究还发现SRI-41315可以稳定eRF1在核糖体上，而不影响eRF1在PCT（peptidyl transferase center）的结合和新生蛋白质的释放。在SRI-41315的存在下，未修饰和泛素化的eRF1都更倾向于留在核糖体上。总的来说，SRI-41315通过产生停滞的终止复合物来稳定eRF1，从而导致RNF14介导的泛素化和降解被困eRF1。
后续研究人员试图使用SRI-41315分子粘合剂来稳定eRF1在终止核糖体上的位置。通过冷冻电镜成像和处理，他们成功地获得了80S兔子核糖体与eRF1(AAQ)结合的结构图像。在这个结构中，SRI-41315与eRF1的N结构域相邻，位于两个核糖体亚基的接口处。SRI-41315与eRF1、18S核糖体RNA的U1827和C1828、以及28S核糖体RNA的A3759和A2M-3760等结构元素形成多重相互作用，从而稳定了SRI-41315在这个位置上。这个研究结果揭示了SRI-41315在核糖体解码中心附近的结构和作用机制。具体来说，SRI-41315通过多种相互作用稳定在这个位置上。首先，一个镁离子紧密地配位于SRI-41315的酮基团、A2M-3760和A3759的非桥氧原子以及一个可见的水分子之间。其次，SRI-41315夹在eRF1的α2的Met51和28S核糖体RNA的A2M-3760之间。第三，SRI-41315的环丁基与eRF1的β4的Tyr125形成堆叠。因此，SRI-41315创建了一个金属依赖的相互作用网络，将eRF1的N结构域锚定在核糖体亚基界面上。与未结合SRI-41315的兔子核糖体上的eRF1(AAQ)的结构相比，与SRI-41315结合的eRF1(AAQ)的构象相似。最显著的变化是eRF1的Met51的位置，它通常会与SRI-41315的环丁基发生冲突，必须向外摆动约4.5 Å以适应SRI-41315的结合。其他已知对于终止密码子识别重要的eRF1残基的位置，如YxCxxxF基序的Tyr125和Glu55，基本上没有改变。最后研究发现，SRI-41315会导致蛋白质在隐藏的终止密码子处终止合成，这是一种之前未被注意到的结果。SRI-41315通过两种机制增强了终止密码子的识别。首先，SRI-41315增加了eRF1 N区域与核糖体解码中心之间的亲和力，这增加了eRF1与核糖体结合并足够长时间地停留在核糖体上，以便进入催化中心并催化新生蛋白的释放。其次，SRI-41315可能增强了eRF1、核糖体和mRNA之间的相互作用，使解码中心形成适合终止密码子识别的构象。在SRI-41315结合时，介导终止密码子识别的eRF1残基（如Glu55和Tyr125）几乎不发生移动。相反，SRI-41315可能限制它们的构象灵活性，以维持mRNA在解码中心中形成紧凑的终止密码子构象的最佳环境。这样一来，终止密码子的识别严格性降低，导致产生过早截断的蛋白质。综上所述，研究人员通过冷冻电镜结构发现，SRI-41315在eRF1的N结构域（负责终止密码子识别）和靠近解码中心的核糖体亚基界面之间起到了金属依赖性的分子粘合剂的作用。SRI-41315使eRF1在核糖体上停留，导致核糖体碰撞、eRF1泛素化以及近似配对终止密码子的翻译终止频率增加。这些发现揭示了一种新的释放因子抑制机制，并对药物靶向eRF1具有额外的意义。
本文作者：ZYY
责任编辑：F C
DOI：10.1038/s41589-023-01522-z
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41589-023-01521-0
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