Nat Neurosci | 树突翻译在神经活动中的研究【eIF4G2:uORF结合的新机制】

导读

神经元结构复杂且延伸，使亚细胞区域需满足局部需求。神经突中mRNA定位对神经元稳态和突触可塑性至关重要，翻译调控变化驱动突触可塑性、学习和记忆。然而，现有分子工具尚不足以完全理解突触代谢和分子可塑性的动态。

成像技术为神经突触中mRNA的发现奠定了基础。

机械分离方法研究了这些神经突触中RNA的亚细胞定位和翻译情况。

酶标记技术可对亚细胞区室的蛋白质成分进行分析。

研究发现神经局部转录本具有特异性，且其5′和3′非翻译区（UTR）受RNA结合蛋白（RBPs）调控。例如，树突中的RNA具有更长的5′ UTR，这可以与RBPs相互作用来实现复杂的翻译过程，这些RBPs与5′ UTR的关联与神经元的翻译动态相关。

5′ UTR中的序列元件影响核糖体结合，以及在不同刺激和细胞状态下对下游编码序列（CDS）的翻译。然而，目前尚不清楚5′ UTR或其他机制是否以及如何调节树突定位的CDS翻译。

2024年4月8日，美国洛克菲勒大学分子神经肿瘤学实验室Robert B. Darnell团队在Nature Neuroscience上发表了一篇题为“Neuronal activity rapidly reprograms dendritic translation via eIF4G2:uORF binding”的论文，文章开发了能同时分离树突RNA及其结合蛋白、树突核糖体和蛋白质的新方法，以研究去极化对突触分子事件的影响。研究发现5′ UTR中的上游开放阅读框架（uORFs）被真核翻译起始因子eIF4G2结合，该结合对于下游CDS的翻译是必须的，揭示了神经系统局部活动的翻译调控新机制。

文章索引

【标题】：Neuronal activity rapidly reprograms dendritic translation via eIF4G2:uORF binding

【发表期刊】：Nature Neuroscience

【发表时间】：2024年4月8日

【作者及团队】：美国洛克菲勒大学分子神经肿瘤学实验室Robert B. Darnell 团队

【IF】：21.53

研究结果

一. 树突TurboID识别突触后RNA和蛋白质

研究团队使用TurboID生物素连接酶标记神经元中的蛋白质，与突触后蛋白PSD95结合，实现了在树突中定位和标记蛋白质。

添加生物素后，TurboID-PSD95特异性地标记了树突中的蛋白质，与没有定位信号的TurboID相比，背景标记更少，表明这种方法在静息神经元中的树突蛋白质鉴定非常有效。

为了研究神经元激活对树突RNA的影响，作者使用KCl和DHPG去极化神经元，观察到去极化后特定RNA和蛋白质的变化。

他们使用CLIP和质谱分析，比较了静息和去极化神经元中的蛋白质组，发现树突中富集的RNA和蛋白质在静息状态下高度相关，但在去极化条件下相关性降低。这表明树突中的RNA和蛋白质在神经元激活过程中具有不同的调控机制。

二. 树突TurboID识别突触后翻译本

作者使用TurboID-PSD95标记树突蛋白质和核糖体，利用Ribo-seq分析发现标记的树突核糖体数据与已知的静息树突特异性翻译组一致。

静息树突中，富集了突触后功能相关基因，而去极化树突中，特定mRNA翻译显著变化，其中涉及G蛋白耦合受体信号传导、突触后传递、翻译起始和线粒体蛋白质。

去极化期间，树突转录本的核糖体数量和翻译活性显著减少，可能有助于能量和资源的恢复或重新极化状态的回归。

Ribo-seq与树突蛋白质组数据高度相关，表明局部翻译比RNA更能准确预测局部蛋白质组组成。

三. 树突uORFs调控下游CDS的翻译开关

尽管总体翻译活动下降，但作者发现去极化后树突局部化的mRNA的5′ UTR中核糖体占据增加。有趣的是，这种变化在树突中特异性，多聚核糖体分析发现没有全局翻译的变化。

作者还发现5′ UTR和CDS翻译变化之间没有相关性。他们检测到去极化导致了树突uORF翻译的总体上升，而它们的CDS翻译在各个mRNA之间变化。

这些发现提示了uORF的重要性，但它们如何影响下游CDS的翻译尚不清楚。作者的结果表明，5′ UTR中存在uORF足以使CDS翻译活性与神经元活动相关联。

四. eIF4G2结合5 ' UTRs并调节局部mRNA翻译

作者研究了uORF如何在活动和局部环境中调控CDS翻译的机制，他们发现特定的RNA结合蛋白（RBPs）在这一过程中发挥着重要作用。

具体来说，在静息和去极化条件下，与翻译调控相关的mRNA的5′ UTR中富集了多种RBPs的结合位点。与CDS上调组相比，CDS下调组的mRNA在5′ UTR中富集了HNRNPK和TIA1的结合位点，而CDS上调组则富集了eIF4G2和RBFOX2的结合位点。在去极化后，eIF4G2在5′ UTR中的结合增加，与mRNA的翻译上调相关。

进一步研究表明，eIF4G2在5′ UTR中的结合与CDS的翻译增强相关，与mRNA水平无关，这点在线粒体相关mRNA中尤为显著。

实验结果显示，eIF4G2结合和uORF翻译是CDS上调的关键因素。此外，团队还发现eIF4G2的磷酸化可能在其调节活动依赖性翻译中起着重要作用。

总结

本文研究了去极化如何影响树突翻译。一些预先定位的信息体在去极化后会增加上游开放阅读框架（uORFs）和下游编码序列的翻译，这涉及到非经典翻译因子eIF4G2的磷酸化和招募。这项研究揭示了一个新的翻译调控机制，将神经活动与局部树突的变化联系起来。

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。

了解更多翻译组联系新使生物