重庆大学黄川团队揭示环状RNA翻译抑制的关键分子机制

环状RNA（circular RNA, circRNA）是一类具有共价闭合环状结构的单链RNA分子。除了少部分环状RNA来源于蛋白编码基因的内含子、非编码基因或基因间的非编码区域，绝大多数环状RNA是蛋白编码基因外显子的反向剪接（back-splicing）产物。尽管环状RNA主要定位于细胞质，但其缺少经典的翻译起始信号，所以环状RNA长久以来被认为是一类非编码RNA（non-coding RNA）。直至近年，部分研究和多组学证据表明，果蝇和哺乳动物细胞中至少一部分内源性环状RNA与多聚核糖体（polyribosome）直接结合，可以作为蛋白质的翻译模板，通过表达出的蛋白在细胞内发挥重要调控功能。

由于环状RNA的结构特殊性，其翻译过程所受的调控方式可能不同于线性mRNA，并且细胞可能存在某种调控方式帮助通用翻译机器区分线性RNA和环状RNA翻译模板。然而，目前环状RNA翻译领域的研究绝大多数集中于环状RNA编码蛋白的生理病理功能，而对环状RNA翻译过程的调控机制却缺乏深入探索，特别是参与调控环状RNA翻译的翻译起始因子（eukaryotic translation initiation factors, eIFs）种类及其具体分子机制尚不清晰。

2022年11月4日，重庆大学生命科学学院黄川教授团队在Nucleic Acids Research期刊上发表研究论文eIF3j inhibits translation of a subset of circular RNAs in eukaryotic cells，揭示了eIF3j蛋白特异抑制环状RNA翻译起始的分子机制和生理学意义。该研究建立了一个环状RNA circSfl翻译蛋白表达系统（circSfl-derived protein reporter system），进而通过RNAi干扰技术，对所有43个果蝇翻译起始因子eIFs进行筛选，系统探究了各类eIFs在环状RNA翻译起始过程中的功能。该研究发现eIF3复合物的不同成员对环状RNA翻译具有相反的调控功能（conflicting functions）：eIF3核心复合物（如eIF3a、3b、3c、3d1等）是环状RNA翻译所必需的，而eIF3j等是环状RNA翻译的负调控因子。此外，eIF3j蛋白对线性Sfl mRNA的翻译能力并无明显抑制作用，这证明了eIF3j蛋白对环状RNA翻译调控的特异性。系列分子机理实验表明，eIF3j蛋白通过其C末端结构域与蛋白编码环状RNA直接结合，进而阻碍eIF3核心复合物募集至环状RNA的UTR区域，阻止翻译起始复合物PIC的组装以及环状RNA的正确翻译起始。

进一步，作者利用circSfl稳定转染细胞系模拟了circSfl高表达细胞（果蝇神经组织），并发现在热胁迫环境中，eIF3j蛋白抑制环状RNA翻译蛋白CdSfl（circSfl-derived Sfl）的表达，让热激细胞正常进入死亡程序。该调控行为可能是清除受损细胞的应答机制，并保证正常细胞的生命活动。为继续探究eIF3j蛋白抑制环状RNA翻译起始的广谱性，作者分析了所有在S2细胞通过ribosome profiling技术鉴定出的内源性ribo-circRNAs，并发现eIF3j蛋白可以阻碍eIF3核心复合物与一部分ribo-circRNAs（如circPde8）的结合，从而抑制它们的翻译活性。这证明了eIF3j蛋白介导的环状RNA翻译抑制机制是蛋白表达调控重要而广泛的分子机制。

综上，该项研究（1）系统评价了所有43个eIFs对环状RNA翻译起始的调控作用；（2）阐明了eIF3j蛋白通过阻止eIF3核心复合物结合蛋白编码环状RNA，进而抑制环状RNA翻译起始的具体分子机制；（3）揭示了eIF3j介导的环状RNA翻译抑制通路的细胞生理意义。该研究有助于深入理解蛋白翻译调控方式的多样性以及通用转录机器区分线性RNA和环状RNA翻译模板的方式，同时也为环状RNA生物学提供更新的认知。

全文链接：

https://doi.org/10.1093/nar/gkac980

转自：“iNature”微信公众号

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