SCR | Polysome profiling应用：揭示ZZZ3对人类胚胎干细胞稳态中mTOR/核糖体通路的影响

胚胎干细胞（ESCs）具有无限自我更新和多能性，能够分化成三种胚层。这种动态特性源于基因表达的大幅波动，形成了多样的蛋白质景观。

在小鼠ESCs中，多能性和增殖可以是独立的过程，这意味着小鼠ESCs可以在保持多能性的同时不积极增殖。这种多能性维持与细胞分裂的分离是由哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）信号通路促进的，该通路在调节发育暂停中起关键作用。

暂停的胚泡显示出降低的mTOR活性、基因表达和细胞增殖，同时保持多能性。此外，mTORC1特定蛋白的遗传失活减少了增殖但不影响多能性。

胚胎发育停滞引发了可逆的生物合成休眠状态，即滞育（diapause），这涉及Wnt/β-连环蛋白信号通路和Esrrb途径。细胞生长和增殖需要复杂的生物合成过程，其中核糖体生物合成和翻译调控尤为重要，但目前研究较少。

锌指ZZ型3（ZZZ3）作为ATAC（包含Ada2a）的复合物中的组蛋白H3读取器，之前的研究已经证明了其在小鼠胚胎干细胞（mESCs）和人类腺癌细胞中调控核糖体基因的作用。

2024年5月14日，希腊麦格纳大学Elvira Immacolata Parrotta团队在Stem Cell Reports上发表了一篇题为“Unraveling the impact of ZZZ3 on the mTOR/ribosome pathway in human embryonic stem cells homeostasis”的论文，文章研究了ZZZ3在人类胚胎干细胞中的作用，证明了ZZZ3通过调节mTOR/核糖体生物合成通路来调控hESCs的增殖。ZZZ3敲低导致hESCs增殖减少，但多能性和分化潜能保持，表明hESCs可能存在一种生物合成静止的多能状态。

文章索引

【标题】Unraveling the impact of ZZZ3 on the mTOR/ribosome pathway in human embryonic stem cells homeostasis

【发表期刊】Stem Cell Reports

【发表日期】2024年5月14日

【作者及团队】希腊麦格纳大学Elvira Immacolata Parrotta团队

【IF】7.29

研究结果

一. ZZZ3与核糖体蛋白相互作用，并与纤维蛋白在核仁中共定位

为了探明ZZZ3在hESCs中的生物网络，作者识别了两种hESCs系（ESC-1和ESC-2）中与ZZZ3共纯化的蛋白质。结果显示ESC-1中有474种，ESC-2中有744种蛋白质。

进一步分析显示这些蛋白质与核糖体生物合成、rRNA处理和翻译相关。ZZZ3与纤维蛋白（FBL）在核仁中共定位，验证了ZZZ3在核糖体基因表达调控中的作用。

二. 在ZZZ3缺失的情况下，多能性和分化能力仍然保持不受影响

作者使用shRNA和CRISPR干扰方法敲低ZZZ3表达，发现ZZZ3 KD细胞与对照组在碱性磷酸酶活性、OCT4、NANOG、SOX2蛋白和mRNA表达、以及三胚层分化标志物表达上没有显著差异。

三. ZZZ3的敲低（KD）诱导了一种“休眠样”的多能状态

ZZZ3敲低（KD）导致hESCs增殖显著减少，Ki67、c-MYC和E2F4a表达降低，细胞周期在G2/M期延迟，而且ZZZ3 KD细胞生成的类胚体较小。

通过重新上调ZZZ3，可以恢复细胞的增殖能力和正常细胞周期进程。

四. ZZZ3与核糖体生物合成和翻译有关

ZZZ3 KD的hESCs中，有259个基因上调，275个基因下调，许多下调基因编码核糖体蛋白。基因集合富集分析显示这些基因与翻译起始、RNA处理和核糖体生物合成等过程相关。这表明ZZZ3在调控核糖体基因转录和核糖体生物合成中起关键作用。

五. ZZZ3 KD损害了核糖体生物合成和翻译，并触发p53激活

作者利用Polysome profiling（多聚核糖体分析）显示，ZZZ3 KD细胞的80S和多核糖体组分减少，免疫印迹分析验证了RPL19a和RPS6在多核糖体组分中的分布。

ZZZ3 KD hESCs的核仁结构减小，表明核糖体生物合成受损，这种损伤可通过p53机制触发核仁应激。

免疫印迹和免疫测定显示，ZZZ3 KD细胞中p53和其直接靶标p21显著增加。尽管细胞周期延迟，关键凋亡标志物和TUNEL分析未显示显著差异，表明ZZZ3 KD细胞增殖减少不太可能归因于细胞死亡。

六. ZZZ3通过PI3K-AKT-mTOR轴调控细胞增殖和翻译

ZZZ3 KD导致PI3K-AKT-mTOR轴活性降低，减少了ERK和mTOR下游靶标的磷酸化，影响了细胞增殖和核糖体生物合成。IGF-1刺激可恢复这些信号通路的活动，表明ZZZ3通过调控这一轴线影响细胞功能。

总结

本文研究了ZZZ3在人体胚胎干细胞（ESCs）稳态中的作用。ZZZ3的敲低会负面影响核糖体生物合成、翻译和mTOR信号通路，导致细胞增殖显著减少，但不影响多能性。这表明ZZZ3缺失的ESCs进入了一种“休眠样”状态，增殖与多能性在人体ESCs中也可以被解耦。

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