Cell Res | Ribo-seq应用：SMYD5增强翻译产出并促进肝细胞癌的发展

导读

蛋白质赖氨酸Nε-甲基化在生物过程中非常重要，尽管其对转录调控的影响已被广泛研究，但其在翻译中的作用仍未深入探索。

一些哺乳动物核糖体蛋白，如RPL4、RPL29、RPL40和RPL36A，它们被发现含有赖氨酸甲基化，特别是RPL40：

A）它是由UBA52基因编码的，去除泛素后的成熟形式为52个氨基酸，位于80S核糖体的关键区域，参与延长因子的结合和蛋白质合成。

B）在成熟的80S核糖体中，RPL40位于P柄/GTP酶激活中心(GAC)和Sarcin-Ricin环(SRL)附近，是延长因子eEF1A和eEF2的结合位点。

C）RPL40被认为选择性地调控与压力相关的mRNA翻译，并在酵母中赋予对延长抑制剂Sordarin的抗性，表明RPL40在蛋白质合成中具有重要功能。

重要的是，27年前，研究者通过质谱分析在大鼠肝脏中鉴定出了RPL40的K22三甲基化(RPL40 K22me3)，并在最近核糖体结构研究中得以可视化验证。然而，这种修饰在翻译和核糖体功能中的作用仍然不清楚。

包含SET和MYND结构域的(SMYD)蛋白质是一类赖氨酸甲基转移酶，其中SMYD5被发现催化病毒Tat蛋白的甲基化，并与肝细胞癌(HCC)相关。研究表明，肝细胞癌中SMYD5 mRNA和蛋白水平升高，且与不良临床结果相关。

2024年8月5日，复旦大学蓝斐、蔡加彬团队在Cell Research上发表了一篇题为“SMYD5 is a ribosomal methyltransferase that catalyzes RPL40 lysine methylation to enhance translation output and promote hepatocellular carcinoma”的论文，发现SMYD5主要催化RPL40的K22三甲基化，这对高效的翻译延长和蛋白质合成至关重要，揭示了SMYD5介导的RPL40 K22me3在癌症生长中的关键作用，表明SMYD5-RPL40 K22me3轴可能成为肝细胞癌治疗的新策略。

文章索引

【标题】SMYD5 is a ribosomal methyltransferase that catalyzes RPL40 lysine methylation to enhance translation output and promote hepatocellular carcinoma

【发表期刊】Cell Research

【发表日期】2024年8月5日

【作者及团队】复旦大学蓝斐、蔡加彬团队

【IF】28.1

研究结果

一. SMYD5在体外对核糖体蛋白RPL40进行三甲基化

作者筛选了一组SET结构域的赖氨酸甲基转移酶，发现只有SMYD5能在体外甲基化RPL40。

进一步实验确认SMYD5在RPL40的K22位点进行三甲基化，且对K22位点的特异性很高，催化失活的SMYD5突变体不能甲基化RPL40。SMYD5对组蛋白没有活性，但对RPL40表现出强的甲基转移酶活性。

二. RPL40是SMYD5在人体细胞中的主要胞质底物

作者发现SMYD5主要定位于HeLa和Huh7细胞的胞质中，并缺乏对组蛋白的活性。实验显示，RPL40是SMYD5的主要胞质底物。

通过质谱分析和体外甲基化测定确认，SMYD5在RPL40的K22位点进行三甲基化。

免疫共沉淀实验进一步验证了SMYD5与RPL40的直接相互作用。SMYD5敲除细胞中RPL40 K22me3信号消失，表明SMYD5是生成RPL40 K22me3的关键酶。

三.SMYD5和RPL40 K22me3影响多聚核糖体分布，并促进全局翻译输出

SMYD5和RPL40 K22me3影响核糖体功能和翻译。SMYD5敲除细胞中，40S、60S和80S部分基本不受影响，但多聚核糖体减少，并出现半子体形成，表明活性核糖体动态变化。

SMYD5缺失导致全局翻译输出减少20%-30%，这一效应与RPL40的K22位点有关。

四. SMYD5增强了mRNA翻译效率(TE)

作者在Huh7对照细胞和SMYD5 KO细胞中进行Ribo-seq（核糖体印迹分析）发现，SMYD5缺失显著降低了核糖体保护的足迹（RPFs），表明全局翻译减少，而转录组几乎未受影响。

翻译效率（TE）在大多数mRNA中显著降低，尤其是初始TE水平较高的mRNA。SMYD5 KO细胞中的核糖体结合全局减少，但翻译减少是均匀的。这表明SMYD5-RPL40 K22me3轴对维持全局翻译输出至关重要。

五. SMYD5-RPL40 K22me3轴的丧失导致延长阶段的扰动，并对靶向A位点的翻译抑制剂表现出高敏感性

SMYD5和RPL40 K22me3的丧失导致延长阶段的扰动和核糖体停滞，作者利用Polysome profiling（多聚核糖体分析）发现了增加的双核糖体的形成。

MYD5缺失的细胞对靶向A位点的翻译抑制剂（如ANS和HT）的敏感性显著增加，但对其他抑制剂（如CHX、UVB和Menadione）无显著变化。这表明SMYD5-RPL40 K22me3在维持核糖体功能和应对延长扰动中起关键作用。

六. SMYD5的丧失使癌细胞对mTOR通路阻断更敏感

SMYD5缺失会增强肝细胞癌（HCC）细胞对mTOR抑制剂的敏感性。尽管SMYD5缺失不会影响正常细胞增殖，但在mTOR抑制下，会显著减少蛋白质合成并抑制细胞生长，尤其在Huh7和SNU449细胞系中。

基因集富集分析显示，SMYD5缺失下，mTOR抑制会影响核糖体生成和细胞增殖信号。

七. SMYD5的缺失与mTOR抑制剂的联合使用协同作用，能够有效抑制肝细胞癌的发展

SMYD5缺失与mTOR抑制剂联用显著抑制HCC肿瘤生长。体外实验和小鼠模型显示，SMYD5缺失细胞在mTOR抑制下生长受限。

临床分析表明，SMYD5和RPL40 K22me3高表达与HCC预后不良相关。在HCC异种移植模型中，SMYD5 siRNA联合mTOR抑制剂显著抑制肿瘤生长。这表明SMYD5和RPL40 K22me3在HCC进展中发挥关键作用。

八. SMYD5促进肝细胞癌体内的发展

作者通过在肝细胞特异性Cre重组酶小鼠中敲除SMYD5，研究发现，SMYD5缺失显著减少了肝脏中的肿瘤负担和肿瘤结节数目，且肿瘤体积也显著降低。

SMYD5缺失还导致RPL40 K22me3标记完全丧失，并抑制了肿瘤细胞增殖。这些结果支持了SMYD5及其介导的RPL40 K22me3在HCC肿瘤发生中的关键作用。

总结

本文研究发现，SMYD5主要催化RPL40 K22的三甲基化 (K22me3)，影响翻译效率。SMYD5和RPL40 K22me3在肝细胞癌中上调，并与预后负相关。SMYD5缺失使HCC细胞对mTOR抑制剂更敏感，并显著抑制了HCC的发展和生长。此研究揭示了SMYD5-RPL40 K22me3在翻译中的作用，并可作为HCC治疗的潜在靶点。

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