NC | ABC-F蛋白EttA通过调节翻译暂停实现全局性调控

导读

ATP结合蛋白F（ABC-F）家族属于ABC超家族，其成员均涉及核糖体相关功能，广泛存在于细菌和真核生物中。通常一个生物体内有多个同源物，例如大肠杆菌有四种ABC-F蛋白：EttA、Uup、YheS和YbiT。

ABC-F蛋白由两个ABC结构域组成，含有P位tRNA相互作用基序（PtIM），在ATP存在下形成闭合构象并与70S核糖体的E位结合。ABC-F蛋白通过水解ATP从核糖体解离，ATP酶缺陷突变体则与核糖体形成稳定复合物，抑制蛋白质合成。

某些ABC-F蛋白具有明确的生理功能，如抗生素抗性因子，但大多数成员的功能尚不明确。

A）在真核生物中，ABC-F蛋白与多效性效应有关，如酵母中的GCN20和ARB1，人类的ABCF1参与翻译起始和炎症反应调节。

B）在原核生物中，所有已研究的ABC-F蛋白均能调节核糖体的构象。

2024年7月26日，法国巴黎城市大学Grégory Boël团队在Nature Communications上发表了一篇题为“Global regulation via modulation of ribosome pausing by the ABC-F protein EttA”的论文，发现了ettA缺失导致TCA循环相关基因和应激反应基因的翻译水平减少，从而对盐产生超敏反应。研究结果显示新合成的蛋白质在前30个氨基酸中含有酸性氨基酸时，即在延伸肽到达核糖体NPET末端之前，其mRNA的翻译会减少，揭示了基于翻译暂停的序列特异性调控新机制。

文章索引

【标题】Global regulation via modulation of ribosome pausing by the ABC-F protein EttA

【发表期刊】Nature Communications

【发表日期】2024年7月26日

【作者及团队】法国巴黎城市大学Grégory Boël团队

【IF】16.6

研究结果

一. ettA基因的缺失损害了细菌的代谢适应能力，并改变了蛋白质的表达模式

作者研究了EttA在大肠杆菌中的生理功能，发现ettA缺失株（ΔettA）在静止期竞争适应性下降，特别是在含NaCl的最小培养基中。

ΔettA株在使用某些TCA循环中间体（如苹果酸、延胡索酸、琥珀酸）作为碳源时表现出显著的生长抑制，而在乙醛酸中表现出相反的生长优势。

蛋白质组学和转录组学分析显示ΔettA株的蛋白质和mRNA表达模式发生改变，特别是aceB、aceA和fumC等基因的翻译受到了转录后调控。此外，rraB、yjbJ、elaB和hchA基因的表达水平也显著下降。

这些结果表明，EttA在调控大肠杆菌的代谢适应和蛋白质表达中起重要作用，其缺失会导致显著的生长和适应性缺陷。

二. EttA缓解了核糖体在酸性残基上的停滞现象

EttA通过缓解核糖体在序列开头含有酸性残基的mRNA上的停顿，调控多种基因的翻译。在缺乏EttA的ΔettA菌株中，这些基因的表达显著下降，导致细菌在特定条件下的生长和适应性受损。

体外实验验证了EttA在存在酸性残基时能促进蛋白质的合成，进一步证实了EttA在翻译调控中的关键作用。

三. EttA依赖的aceA和aceB表达调节了中心代谢的生理功能

EttA通过调控AceA和AceB影响细菌代谢。在缺乏EttA的ΔettA菌株中，AceB表达降低，导致乙醛酸代谢转向其他途径。这使得ΔettA菌株在乙醛酸和高盐条件下生长受限。

过表达AceA可以部分恢复生长，这表明EttA在高盐条件下通过调节乙醛酸的代谢途径对细菌生长至关重要。

四. EttA调控mgtA表达的机制是通过影响启动肽MgtL的合成

在ΔettA菌株中，由于缺乏EttA对MgtL翻译的稳定作用，导致mgtA水平升高，而MgtL翻译通常会在Mg2+充足时阻止mgtA转录。

实验中，mgtL-yfp融合体在ΔettA菌株中的荧光信号较低，而mgtA1-5aa融合体的荧光信号较高，这表明EttA调节了MgtL的合成，并影响了mgtA的转录。

体外翻译实验确认EttA通过稳定在MgtL翻译过程中的核糖体，防止mgtA转录的过早终止。

五. 酸性残基需要位于氨基酸序列的前30个氨基酸内，才能使蛋白质合成对EttA依赖

作者发现EttA依赖的蛋白质合成需要酸性残基。通过设计包含这些酸性残基的人工模体NKDEPD，并将其插入YFP序列中，证实了EttA对这一模体的依赖性。体外实验显示，EttA直接与翻译中的核糖体作用。

团队进一步发现，酸性残基需位于蛋白质序列的前30个氨基酸内才能使其表达依赖于EttA。

全基因组分析表明，前20个氨基酸内的酸性残基模体与EttA依赖性表达显著相关。最终，他们发现至少需要DPEE模体才能使YFP表达明显依赖于EttA。

总结

本研究通过多种方法发现EttA蛋白调控翻译过程中的核糖体暂停，直接影响三羧酸循环和糖酸旁路相关酶的表达，从而显著影响细胞生长。EttA通过救援在特定负电荷序列处暂停的核糖体，揭示了基于翻译暂停的序列特异性调控新机制。

新使生物NeoRibo推出国内首款超高分辨率翻译组Ribo-seq建库试剂盒。

我们的Ribo-seq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。

另外新使生物提供多物种多聚核糖体分析（Polysome profiling）,了解更多翻译组技术信息可联系杭州新使生物

关注新使生物，了解更多polysome profiling前沿信息