NC | 双硫酰胺乏促进eEF2与p53的结合，诱导p21表达和神经嵴缺陷

导读

在翻译延伸过程中，真核生物延伸因子2（eEF2）对于核糖体在结合的mRNA上的转位是必不可少的，其修饰形式叫做双硫酰胺（diphthamide），由DPH酶催化生成。

致命白喉毒素等几种细菌毒素可以特异性地将ADP核糖基转移至eEF2上的双硫酰胺，导致eEF2失活和细胞死亡。然而，目前尚未发现内源性ADP-核糖基转移酶靶向双硫酰胺。

人类DPH1或DPH2的突变会导致发育迟缓、矮小等症状，这些症状类似于DPH1敲除小鼠的表型，后者通过将内源性eEF2替换为模拟双硫酰胺修饰的G717R突变体来大部分挽救，表明它们是由破坏eEF2双硫酰胺修饰引起的。

在分子水平上，双硫酰胺缺乏增加了翻译延伸中的−1移码，但这个效应不是DPH1-KO小鼠显示的形态异常的原因。因此，双硫酰胺在胚胎发育和DEDSSH病因学中的基础机制仍然不清楚。

2024年4月26日，温州医科大学瓯江实验室宋伟宏团队在Nature Communications上发表了一篇题为“Diphthamide deficiency promotes association of eEF2 with p53 to induce p21 expression and neural crest defects”的论文，文章从一例DEDSSH1患者的研究发现，双硫酰胺缺乏促进了eEF2与p53的结合，导致p53更多地结合到p21启动子上，诱导更多p21的表达，从而抑制神经上皮细胞的增殖，为此类先天缺陷的病理机制提供了新见解。

文章索引

【标题】Diphthamide deficiency promotes association of eEF2 with p53 to induce p21 expression and neural crest defects

【发表期刊】Nature Communications

【发表日期】2024年4月26日

【作者及团队】温州医科大学瓯江实验室宋伟宏团队

【IF】16.6

研究结果

一. DEDSSH患者中DPH1复合杂合子突变

文章发现了一名四岁女孩，她患有全球发育迟缓和智力障碍，以及头发稀疏和颅颌面畸形。X线检查显示骨龄延迟，但脊柱和四肢正常。脑部MRI显示双侧额叶髓鞘不足和隔壁囊肿，但垂体形态正常。遗传分析表明，她携带了来自父母的两个不同的DPH1基因突变。

二. DPH1活性降低与DEDSSH1综合征相关

作者发现患者细胞中修饰eEF2减少，但细胞未见明显变化，怀疑突变可能影响了蛋白稳定性。

模型预测显示E242与R349形成盐桥，对DPH1的功能至关重要。在实验中，所有测试的DEDSSH相关突变都导致eEF2修饰的减少。因此，DPH1活性降低与DEDSSH1综合征相关。

三. DPH1耗竭降低了爪蟾胚胎中神经上皮和前迁移神经嵴细胞的增殖

神经嵴细胞对头发、颅颌结构和垂体中的生长激素细胞发挥重要作用，而DEDSSH的特征可能与神经嵴细胞发育缺陷相关。

作者使用爪蟾模型通过CRISPR Cas9进行了dph1的KO，并观察到了Dph1表达的减少。他们还发现，DPH1介导的eEF2修饰对于神经上皮中的细胞增殖至关重要。

四. 携带患者突变的敲入小鼠显示DEDSSH表型

通过引入携带Q46X和E242Q突变的KI小鼠模拟了DEDSSH1综合征。

这些小鼠表现出胚胎发育受阻、细胞增殖受限、NC标记减少以及颅颌面畸形，与患者症状和Dph1-KO小鼠表型相似，确认了E237Q突变是一种低效突变。

作者发现DPH1敲减抑制了细胞增殖，并导致p21水平升高，但p53水平降低。

进一步实验显示，DPH1敲减增加了p53与p21和PUMA启动子的结合，提示双硫酰胺修饰的丧失促进了eEF2/p53复合物的形成，增强了p53对p21启动子的结合，从而抑制细胞增殖。

五. 删除p21等位基因拯救KI小鼠DEDSSH表型

最后，作者测试了减少p21对于DPH1功能丧失引起的DEDSSH表型是否有拯救作用。

他们做出了p21基因的杂合敲除小鼠，其p21蛋白质量约为野生型的一半，并将其与Dph1E237Q/Q41X突变体进行了交配。结果显示，损失一个P21等位基因部分拯救了Dph1E237Q/Q41X突变体中的体型减小现象。

在E15.5时，Dph1E237Q/Q41X胚胎的裂腭被观察到，而大多数Dph1E237Q/Q41X p21+/- 胚胎的腭裂板已经融合，表明p21表达增加有助于这些DEDSSH表型的发生。

总结

双硫酰胺是eEF2的特殊修饰，影响核糖体蛋白功能。本文在DPH1突变的患者和小鼠模型中，发现缺失这种修饰导致神经组织发育缺陷。DPH1缺失使eEF2与核糖体分离，促进p53与p21转录，从而抑制增殖。文章揭示了eEF2作为p53的转录共活化子，调控p21表达和神经发育，受到修饰的影响。

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