NCB | 亲环素A支持固有无序蛋白质的翻译并影响造血干细胞的衰老

导读

造血是一个动态的再生过程，造血干细胞（HSCs）产生迅速分裂的祖细胞，每天产生数百亿的细胞。与祖细胞相比，干细胞具有长寿命和高耐久性，具有低有丝分裂指数。

由于干细胞的长寿命和缺乏频繁细胞分裂以处理蛋白聚集物的情况，维持蛋白质稳态对HSC生物学至关重要。蛋白质稳态需要对蛋白质翻译、折叠、运输和降解进行精确控制。

分子伴侣在这一环节中起着关键作用，其促进新翻译的多肽链的折叠，并保持现有蛋白质的功能构象。维持蛋白质组完整性的伴侣功能对于长寿命干细胞尤为重要，使这些细胞能够保持其再生潜能并避免衰老的影响。

蛋白质错误折叠是衰老的主要推动因素之一。哺乳动物细胞表达数百种伴侣蛋白和共伴蛋白以减少蛋白质错误折叠。其中环丙石蛋白A（肽酰-脯氨酰异构酶A，PPIA）是脯氨酸异构酶中最丰富的类型，涉及有关衰老过程中。尽管有越来越多的证据表明它在衰老中的作用，但PPIA如何影响细胞蛋白质组以前尚未被研究。

最近许多功能蛋白质缺乏定义的结构已经彻底改变了研究者们对蛋白质结构-功能关系的理解。固有无序蛋白通过构象选择或诱导拟合与蛋白质、核酸或其他分子相互作用。因此，富含固有无序区域（IDRs）的蛋白通过促进分子之间的特定活动或通过支架形成网络中枢来调节许多细胞过程。然而，对富含IDR的蛋白质的翻译知之甚少，并且它们是否需要专门的伴侣支持尚未被研究。

2024年3月29日，美国贝勒医学院André Catic团队在Nature Cell Biology上发表了一篇题为“Cyclophilin A supports translation of intrinsically disordered proteins and affects haematopoietic stem cell ageing”的论文，文章研究发现，PPIA是调节无序蛋白翻译的主要因子。PPIA基因缺失或衰老导致干细胞蛋白质组缺乏无序蛋白，这是衰老的结果和驱动因素。

文章索引

【标题】：Cyclophilin A supports translation of intrinsically disordered proteins and affects haematopoietic stem cell ageing

【发表期刊】：Nature Cell Biology

【发表时间】：2024年3月29日

【作者及团队】：美国贝勒医学院André Catic团队

【IF】：28.21

研究结果

一. PPIA的丧失导致类似衰老的造血表型

作者通过二维凝胶电泳和质谱分析了小鼠造血干细胞和祖细胞的蛋白质组，并发现环丙石蛋白A（PPIA）在细胞质蛋白质组中占高达14%的比例，是最丰富的伴侣蛋白之一。

为了验证PPIA与衰老表型之间的关系，他们进行了救治实验。结果表明，PPIA的过表达显著增强了造血重建，这种改善持续了六个月。

二. PPIA底物富含固有无序区域（IDRs）

PPIA是广泛表达的脯氨酸异构酶，与许多蛋白相互作用。作者使用功能受损的PPIA G104A突变体来区分PPIA选择性底物。

通过免疫共沉淀，作者发现约400个野生型PPIA的底物蛋白，包括转录调节因子。这些底物与PPIA在翻译过程中相互作用，而不是在核移位后。

PPIA底物中以RNA相关蛋白为主，具有更高水平的本质无序区域，这可能与脯氨酸异构酶在固有无序区域中的作用有关。

三. PPIA促进其底物的表达

PPIA在翻译过程中可能作为共翻译伴侣酶，并直接影响其底物的新蛋白翻译。作者发现，PPIA的丧失会降低其底物的表达，而且PPIA底物的合成水平通常低于其他蛋白质。这些结果表明，PPIA支持其底物的新蛋白翻译。

在造血系统中，PPIA也促进蛋白质翻译，并且在PPIA底物中有超过20%已知参与蛋白相分离。

研究团队的分析还显示，PPIA缺失触发了细胞内部分子标志的上调，暗示了细胞自身的老化过程，这与他们前期的移植研究结果一致。

此外，作者检测到PPIA底物的转录水平上调，这可能是对PPIA缺失引起的翻译损伤的一种补偿性反应。

四. PPIA影响其底物的液相分离

PPIA敲除后，PABPC1的蛋白表达降低了20-30％，表明这种分子伴侣稳定了PABPC1。研究团队还发现，在没有PPIA的细胞中，PABPC1蛋白的表达量降低。

在应激条件下，PABPC1参与应激颗粒的形成，暂时降低蛋白质翻译。通过遗传调控PPIA活性，他们发现缺乏PPIA会显著减少应激颗粒的形成，并增加细胞死亡风险，重新引入该分子伴侣可部分恢复PPIA沉默细胞中的应激颗粒形成。

与PABPC1类似，缺乏PPIA的细胞也显示出P-bodies形成减少和核仁碎片化。综合数据表明，减少的PPIA活性显著影响了液-液相分离的过程，并降低了细胞形成这些PPIA底物蛋白凝聚体的能力。

总结

蛋白功能丧失是衰老的推动因素之一。本文发现在造血干细胞中，肽基脯氨酸异构酶A（PPIA）是主要的分子伴侣。PPIA的缺失加速了干细胞的老化，造血干细胞衰老与PPIA表达的降低和富含IDR的蛋白质的翻译减少有关。这表明受损的蛋白质相互作用网络和大分子凝聚可能是造血干细胞老化的潜在决定因素。

新使生物（neoribo）推出国内首款超高分辨率翻译组建库试剂盒。

我们的核糖体印迹分析技术（QEZ-seq®）适用于哺乳动物、植物、真菌等多类物种，无需复杂操作，建库只需2小时。

超高的准确性为研究非经典的开放阅读框（ORFs）提供极大便利，提高微肽(肿瘤新生抗原）的挖掘效率。

简便快速的操作让翻译组分析不再设有门槛，每位科研学者都能轻松上手。

了解更多核糖体分析联系新使生物