Mol Cell | Polysome profiling应用：ZNF574——守护细胞核糖体的质检员

真核核糖体由RNA和蛋白质组成，负责将mRNA翻译为蛋白质。其复杂组装过程需约200种蛋白因子和多种小RNA在核仁、核质与细胞质中协调进行，易受环境胁迫、基因突变、转录翻译错误及修饰缺陷干扰，导致功能异常的中间体积累，进而影响蛋白合成、诱发细胞应激甚至死亡。在有机体层面，这些缺陷可引发多种组织病变。

虽然已有研究聚焦于核糖体正确组装，但对异常前体核糖体的质量控制机制了解甚少。因为目前缺乏有效识别与分离缺陷核糖体的方法，限制了研究进展。已有研究者尝试通过诱导应激或操控组装因子来积累错误核糖体，但往往严重损害细胞活力，干扰结果解读。

文章索引

【IF】15.58

研究结果

作者在K562细胞中构建了表达突变核糖体蛋白uL16（uL16^mut）的系统，模拟核糖体大亚基组装缺陷，并用Polysome profiling多聚核糖体分析进行了验证。

uL16^mut缺失关键残基，阻碍肽酰转移酶中心形成，导致其组装进60S但无法进入翻译。通过表位标签追踪，他们发现这些缺陷60S富集了晚期组装因子（如eIF6），阻止其与40S结合，证实uL16^mut阻断了60S成熟。

作者在K562细胞中检测到uL16^mut的半衰期为7小时，表明其被主动清除。自噬抑制未能稳定uL16^mut，而蛋白酶体抑制剂bortezomib则可稳定uL16^mut，并检测到其泛素化，证明60S^mut通过泛素-蛋白酶体系统降解。

通过CRISPRi筛选，研究团队发现ZNF574是RASP途径中的关键因子。ZNF574缺失会抑制uL16^mut细胞增殖并稳定uL16^mut-RFP蛋白，确认其在uL16^mut降解中发挥特异性作用。

团队通过Polysome profiling多聚核糖体分析和免疫共沉淀分析，确认ZNF574与60S^mut亚基发生细胞质中的相互作用。

ZNF574通过靶向整个60S^mut亚基，促进其降解，而不是释放游离的uL16^mut，进一步证明ZNF574在核糖体质量控制中的作用。

ZNF574的最后四个C2H2结构域对uL16^mut降解至关重要。删除这部分结构域会干扰ZNF574介导的质量控制，且该区域足以单独执行uL16^mut的降解。

ZNF574敲低会延长uL16^mut的半衰期，确认其在uL16^mut降解中的关键作用。

ZNF574缺失在uL16^mut表达细胞中导致60S亚基生产或连接缺陷，表现为异常的多聚核糖体。ZNF574去除使得生物合成因子（如eIF6）被困在细胞质中，影响核糖体组装，提示RASP通路在核糖体组装中的重要作用。

ZNF574通过冷冻电镜分析发现，60S^mut的PTC采用成熟构象，但仍保留eIF6，阻碍其释放，表明ZNF574可能作为成熟定时器。

ZNF574结合并降解停滞的核糖体生物合成中间体，如减缓生物合成的uL16突变体（R98S），而不影响成熟60S亚基的功能。

ZNF574在低等脊椎动物斑马鱼中也具有保守性，缺失ZNF574导致uL16^mut蛋白积累，证明其在RASP中必需。

斑马鱼突变株znf574−/−表现出致死性和形态学缺陷，类似于斑马鱼核糖体病模型，这些表型与核糖体合成中间体积累相关。

RASP缺失导致颅面软骨发育不良，且与核糖体生物合成缺陷协同作用。Tp53通路激活引发细胞凋亡，通过交配Tp53缺失斑马鱼，改善了软骨发育，证明RASP缺失通过Tp53介导的细胞死亡影响发育。

本文在人体细胞中设计了一种扰乱核糖体组装的系统，发现有缺陷的核糖体通过泛素-蛋白酶体系统被降解。研究鉴定出ZNF574作为核糖体组装监控通路（RASP）的关键组成部分。在动物模型中，ZNF574的缺失导致发育缺陷，强调了RASP在生物体健康中的重要性。

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