CNS前沿文献追踪 – Ded1p通过相变调节细胞翻译状态

生命体的一切行为都有其分子基础，环境变化，如热刺激后，细胞会有不同的转录、翻译状态，不同状态背后有着不同的调节因子，此次整理分享的文章作者研究的是热刺激引起翻译状态变化的分子机制，具体内容如下：

热刺激后酵母转录、翻译状态发生变化

作者想研究的是翻译状态变化背后的分子机制，mRNA上UTR和翻译调节相关，测序恰巧得到了RNA的数据，作者用软件ViennaRNA模拟UTR的结构，发现带有短的、未结构化UTR的mRNA热刺激后翻译增加，而长的、结构化UTR的mRNA热刺激后翻译被抑制

由翻译状态变化看到UTR，接着顺着UTR的“藤”摸瓜：文献报道翻译起始因子Ded1p、elF4B都和UTR有关系，Ded1p、elF4B都会出现在应激颗粒SG，不同的是Ded1p聚集的更快，因此作者猜想热刺激产生的SG困住了Ded1p。为了验证猜想，作者做了个Ded1p突变失活的菌种，复现了之前观察到的“短的、未结构化UTR的mRNA热刺激后翻译增加，而长的、结构化UTR的mRNA热刺激后翻译被抑制”，再结合随温度升高Ded1p逐渐不溶，作者推测温度变化引起Ded1p聚集、失活，使得不同UTR的mRNA翻译发生变化

成功把故事引到Ded1p上，开始仔细观察它：热、饥饿、pH变化都会使Ded1p聚集、进入相变颗粒SG

随温度升高，Ded1p聚集成点、变得不溶

温度变化，酵母的生长速率变化，生长速率变化的趋势恰好和Ded1p溶解度变化趋势相似，暗示Ded1p除了刺激后发生聚集还和酵母的生长相关

胞内看完相变，纯化出来胞外看相变行为

显微镜、动态光散射都看到40度开始相变

nano-differential scanning fluorimetry (DSF)观察到在40度时Ded1p三级结构发生变化，三级结构的变化恰巧和DLS观察到的蛋白的聚集同步，DSF和DLS测得的Tm（transition midpoint）相当

Ded1p三级结构发生了变化，那二级结构呢？CD（圆二色散）看一下，发现二级结构并未发生变化

Ded1p的高级结构看完开始看它上面的结构域，两端各有一个IDR结构域，敲掉后观察相变行为发现：N端抑制相变，C端促进相变

作者想研究的是翻译状态改变的分子机制，前面推测Ded1p调节，Ded1p是RNA解旋酶，可和RNA发生互作，看看RNA对Ded1p相变的影响：mRNA可改变Ded1p相变液滴的形态，降低相变温度，进入相变液滴内部

mRNA还使得Ded1p相变变得可逆

Ded1p-mRNA组成的相变液滴会融合、硬化

相变行为研究的差不多了，该研究功能了，为了研究功能，作者构建了一个更易相变的突变型IDRm

首先，相变会引起酵母生长缺陷

比对野生型和更易相变的突变型，发现更易相变的突变型IDR短的、未结构化UTR的mRNA翻译增加，而长的、结构化UTR的mRNA翻译被抑制（和热刺激之后酵母翻译状态相似），热休克相关因子翻译增加 – 和热刺激引起翻译状态变化接上头了

为了进一步研究Ded1p对不同UTR mRNA翻译的调节，作者构建了生化实验模型，看Ded1p对带有报告系统的mRNA翻译的调节：更能促进带有长的、结构化的UTR的mRNA翻译，Ded1p相变后，翻译水平都下降，但带有长的、结构化的UTR的mRNA翻译水平下降的更多。作者将长的、结构化的UTR对应的mRNA定义为管家mRNA，短的、未结构化的UTR对应的mRNA定义为应激mRNA，基于以上数据得出结论 - 相变使Ded1p失活，管家mRNA翻译受到很大影响，而应激mRNA受到影响较小，酵母翻译状态发生了转变

扩展一下自己的发现：不同菌种能耐受的温度不同，对应的发生相变的温度也不同 – 和相变引起生长缺陷的结论呼应

最后来个模式图：生理条件下，Ded1p促进管家mRNA翻译，热刺激后Ded1p聚集、相变，管家mRNA翻译受到很大影响，而应激mRNA受到影响较小可以继续翻译 – Ded1p通过相变调节细胞翻译状态

同样的数据，不同的人会讲出不同的故事，作者立意高远，通过挖掘测序数据提出管家mRNA和应激mRNA的概念，把相变和蛋白翻译状态建立了关联，厉害！

从某种意义上讲，生命的本质就是一系列生化反应的集合，可以简化成一个溶液体系的反应 - 在溶液内，各种溶质分子（蛋白、核酸等）碰撞、反应引起生命活动。相变是溶质分子在触发条件下聚集，从溶剂中“析出”成液滴，液滴内溶质分子浓度极高，肯定利于反应进行；换个视角看液滴外，相对的溶质分子浓度降低，反应会变慢 – 生命活动有时需要反应加快，有时需要反应变慢，相变借此调节，因此才会推想细胞生物学的各个研究方向都可以试着从相变的角度审视一下，也许会有所发现……

Christiane Iserman, Christine Desroches Altamirano, Ceciel Jegers, et al. Condensation of Ded1p Promotes a Translational Switch from Housekeeping to Stress Protein Production [J]. Cell, April 30, 2020.