Cell | Ribo-seq应用：共翻译蛋白质复合物组装的结构决定因素

导读

生物大分子的结构对细胞功能至关重要，蛋白质的结构涉及折叠成三维结构和组装成多组分复合物。蛋白质折叠的生物物理研究主要集中在小型球状蛋白质上，但这些仅占细菌蛋白组的不到10%，其余90%的蛋白质更易错折叠或聚集，尚未深入探讨。

蛋白质复合物的组装可以是翻译后或共翻译过程。共翻译组装是指同时进行翻译、折叠和组装，有助于减少不必要的相互作用和调控亚基降解。

最近的研究发现，共翻译组装普遍存在，Bertolini团队通过Ribo-seq（Disome-seq）双核糖体印迹分析识别了大量经历共翻译组装的蛋白质。

2024年12月20日，以色列魏茨曼科学研究所Emmanuel D. Levy团队在Cell上发表了一篇题为“Structural determinants of co-translational protein complex assembly”的论文，将Ribo-seq中的双核糖体印迹数据与蛋白质结构结合，揭示了共翻译组装的分子特征并识别细胞中的特定相互作用对，突出了蛋白质结构对翻译和表达调控的广泛影响。

文章索引

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研究内容

一. 亚基相互作用的几何形态决定共翻译和翻译后组装模式

作者分析了2512个共翻译和8547个翻译后组装的蛋白，发现共翻译组装的coco亚基具有交织结构和更长的多肽链，这有助于促进其稳定结合。

与翻译后组装亚基相比，coco亚基具有更集中的界面、更多的分子间接触和更长的驻留时间，表明其动力学稳定性更高。这些特征使共翻译组装能有效克服折叠和结合的能量障碍。

二. coco亚基对的蛋白质稳态是同步的

作者通过Ribo-seq核糖体印迹分析，比较了异源coco亚基对和翻译后亚基对的蛋白质稳态影响。

结果表明，coco亚基对在转录速率、mRNA丰度、翻译起始和延伸速率以及蛋白质丰度的变化方面表现出更高的同步性。此外，coco亚基对的降解速率也比翻译后亚基对更为同步。

三. 通过结构预测共翻译组装

作者首先使用逻辑回归模型分析了同源二聚体的结构，展示共翻译和翻译后亚基在结构特征上的显著差异。通过使用多种结构参数，研究提高了预测精度，最终在预测人类和大肠杆菌中的共翻译组装模式时取得了高AUC值。

研究发现，结构特征决定了蛋白质复合物的共翻译组装模式，并且这一过程在进化中得到了保守。

进一步的预测还揭示了共翻译和共翻译亚基对的同步降解和蛋白质稳定性，提供了共翻译组装的有力证据。

四. 共翻译组装的全面视角

基于结构的预测和实验性二聚体富集数据，作者研究了人类蛋白质组中的共翻译组装情况。结果显示，大约17%的蛋白质通过共翻译方式组装，53%为翻译后组装。

作者通过实验验证了多对预测的共翻译组装对，利用Ribo-seq核糖体印迹分析和RNA免疫共沉淀qPCR（RIP-qPCR）等方法，确认了这些亚基在翻译过程中共组装。

此外，基于质谱数据和基因敲除实验，作者发现共翻译组装的亚基更依赖于其伴侣的稳定性。

研究表明，共翻译组装在真核和原核生物中广泛存在，且对蛋白质的稳定性和溶解性有显著影响。

总结

本研究表明，共翻译组装是由复合物的结构特征决定的，涉及相互稳定的亚基。作者在蛋白质组尺度和不同物种中准确预测了共翻译组装的亚基配对，共翻译组装亚基在单独状态下不稳定，并与伴侣亚基同步调节蛋白质稳态。这项研究揭示了蛋白质结构在翻译、mRNA定位和蛋白质稳态中的重要作用。

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