撰文丨亦

細(xì)胞在面對(duì)環(huán)境壓力（如缺氧、病毒感染、營(yíng)養(yǎng)缺乏）時(shí)，會(huì)迅速動(dòng)員一系列應(yīng)激反應(yīng)，以降低蛋白翻譯、維持穩(wěn)態(tài)并促進(jìn)生存【1，2】。整合應(yīng)激反應(yīng)（ Integrated Stress Response ，ISR）是一種核心調(diào)控途徑，其關(guān)鍵事件是 eIF2α 的 S52 位點(diǎn)被磷酸化（ P-eIF2α ）【3】。 磷酸化后的 eIF2 會(huì)抑制負(fù)責(zé) GDP→GTP 轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵酶 eIF2B ，從而減弱蛋白質(zhì)翻譯啟動(dòng)，該通路在細(xì)胞生理與疾病中都至關(guān)重要【4，5】。然而 ISR 的利弊同存：激活能保命，持續(xù)則致死【6，7】。研究已知激活 ISR 的機(jī)制，但 在壓力解除后，細(xì)胞如何終止 ISR 并成功恢復(fù)翻譯？這是該領(lǐng)域長(zhǎng)期未解決的核心科學(xué)問(wèn)題 。 尤其是當(dāng) P-eIF2 與 eIF2B 結(jié)合后，其關(guān)鍵的磷酸化位點(diǎn)被深度 “ 埋藏 ” ，理論上應(yīng)難以被磷酸酶接觸，這使得 ISR 的關(guān)閉機(jī)制多年來(lái)保持未知狀態(tài) 。

近日，來(lái)自劍橋大學(xué)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室的Anne Bertolotti團(tuán)隊(duì)在 Science 上發(fā)表了題為

Termination of the integrated stress response

作者首先從 “ 細(xì)胞為什么需要 R15B” 出發(fā)進(jìn)行了分析。過(guò)去研究普遍假設(shè)去磷酸化的底物是 游離的 P-eIF2 。然而，本研究通過(guò)對(duì)細(xì)胞中內(nèi)源性復(fù)合物進(jìn)行純化，發(fā)現(xiàn) R15B 并不是與自由的 P-eIF2 結(jié)合，而是與 P-eIF2–eIF2B 抑制復(fù)合物一起被共純化出來(lái)，同時(shí)復(fù)合物還包含 PP1 。這表明在真實(shí)細(xì)胞環(huán)境中， R15B 的底物是 “ 被 P-eIF2 抑制的 eIF2B” 本身，而非游離的 P-eIF2 。只有當(dāng) R15B 將 P-eIF2 從 eIF2B 的抑制中解放出來(lái)， eIF2B 才能重新執(zhí)行 GDP/GTP 交換功能，因此翻譯啟動(dòng)才能恢復(fù)。

隨后，作者解析了兩個(gè)關(guān)鍵冷凍電鏡結(jié)構(gòu)： ① 活性態(tài)的 eIF2–eIF2B 催化復(fù)合物； ② 抑制態(tài)的 P-eIF2–eIF2B–R15B 復(fù)合物。結(jié)構(gòu)揭示 R15B 通過(guò)其 **H1 、 H2 以及 docking loop （錨定環(huán)） ** 共同形成一個(gè) “ 夾鉗 ” 樣結(jié)構(gòu)，抓住 eIF2γ 并將整個(gè) P-eIF2 亞基拉至 raised conformation （升高構(gòu)象）。這種構(gòu)象中，原本深埋在 eIF2B 抑制位點(diǎn)內(nèi)部的 P-S52 位點(diǎn)被顯著提升并暴露 ，從而變得可被 PP1 接近。換言之，R15B既是負(fù)責(zé)底物招募的“recruiter”，又是通過(guò)構(gòu)象牽引暴露磷酸化位點(diǎn)的“enabler”，為去磷酸化創(chuàng)造必要的前提條件。

進(jìn)一步的功能實(shí)驗(yàn)表明， R15B 之所以能夠促成去磷酸化，不僅因?yàn)樗嵘? P-eIF2 的構(gòu)象，還因?yàn)樗? C 端 PP1 結(jié)合位點(diǎn)是必需的 。只有完整的、能夠招募 PP1 的 R15B 才能促成 P-eIF2 的去磷酸化。文章利用 KATA 突變破壞 PP1 招募，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該突變體能夠捕獲大量 P-eIF2–eIF2B 復(fù)合物，但完全無(wú)法實(shí)現(xiàn)去磷酸化，證明 PP1 招募是去磷酸 化發(fā)生 的決定步驟 。一旦 P-eIF2 的磷酸被去除，復(fù)合物便從抑制構(gòu)象轉(zhuǎn)回催化構(gòu)象，使 eIF2B 恢復(fù) GDP/GTP 交換活性，從而重新啟動(dòng)翻譯。該結(jié)果首次明確 ISR 的終止在 eIF2B 上直接完成，而非在游離 eIF2 上發(fā)生 。

最后，作者提出了一個(gè)三步機(jī)制模型：

① R15B 抓取被 eIF2B 緊緊固定的 P-eIF2 ； ② 借助 H1/H2/docking loop 將其牽引到 raised 構(gòu)象，使 P-S52 得到暴露； ③ 通過(guò)其 C 端的 KVTF 位點(diǎn)招募 PP1 ，使其能夠直 接在 eIF2B 上去磷酸化 P-eIF2 。

完成這三步后， ISR 從 “ 抑制狀態(tài) ” 切換至 “ 恢復(fù)狀態(tài) ” ，翻譯重新啟動(dòng)。文章還揭示 eIF2Bγ 存在一個(gè)保守的 GTP-binding pocket ，并指出這是白質(zhì)消失 癥相關(guān) 突變的富集熱點(diǎn)。此外，文章對(duì) R15B 的分析也說(shuō)明，許多大型不規(guī)則結(jié)構(gòu)的 PP1 調(diào)節(jié)亞基可能都依賴(lài)類(lèi)似的 “ 構(gòu)象暴露 + 底物遞送 ” 機(jī)制。這些發(fā)現(xiàn)不僅給出 ISR 終止的完整結(jié)構(gòu)機(jī)制，也為未來(lái)靶向 eIF2B 或 R15B 的藥物開(kāi)發(fā)提供理論基礎(chǔ)。

總的來(lái)說(shuō)，本研究首次證明ISR的終止并不發(fā)生在游離的P-eIF2上，而是發(fā)生在被其抑制的eIF2B復(fù)合物上。 R15B 作為關(guān)鍵調(diào)節(jié)亞基，通過(guò)招募底物、牽引構(gòu)象并招募 PP1 ，使 eIF2B 得以在復(fù)合物內(nèi)部完成 P-eIF2 的去磷酸化，從而解除翻譯抑制。該工作不僅為幾十年來(lái)未解的ISR終止機(jī)制提供了結(jié)構(gòu)與功能上的完整解釋?zhuān)步沂玖?/strong>eIF2Bγ的GTP-binding pocket及其疾病突變熱點(diǎn)，為神經(jīng)疾病、衰老與代謝疾病中ISR靶向干預(yù)提供了重要突破性基礎(chǔ)。

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adw5137

制版人： 十一

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