蛋白翻譯中的缺陷導(dǎo)致蛋白質(zhì)表達(dá)的變化，這些變化可能會(huì)成為癌癥形成的驅(qū)動(dòng)因素。NAD+是一種重要的代謝產(chǎn)物，通過(guò)作為氧化還原反應(yīng)的輔助因子以及多聚核糖基化轉(zhuǎn)移酶(poly(ADP-ribosyl)，PARPs)和sirtuins乙酰化酶等的底物來(lái)調(diào)節(jié)多種細(xì)胞途徑。NAD+的合成的和功能在細(xì)胞中具有區(qū)室化的特征，但是NAD+區(qū)室化以及其在癌癥中的功能意義尚不清楚。

　　近日，美國(guó)德克薩斯西南醫(yī)學(xué)中心W. Lee Kraus研究組發(fā)文題為Ribosome ADP-ribosylation inhibits translation and maintains proteostasis in cancers，發(fā)現(xiàn)在癌癥細(xì)胞中核糖體單ADP -核糖基化的修飾會(huì)通過(guò)影響翻譯過(guò)程并維持蛋白質(zhì)穩(wěn)定，為卵巢腫瘤等提供了新的治療靶點(diǎn)。

　　在氧化還原反應(yīng)中，NAD+被轉(zhuǎn)化為還原形式的NADH。但是PARPs是通過(guò)切割A(yù)DP- ribose的部分并將其共價(jià)連接到特定底物蛋白質(zhì)中的氨基酸來(lái)消耗NAD+。PARPs是細(xì)胞內(nèi)NAD+的主要消耗者，其活性依賴于細(xì)胞對(duì)NAD+的補(bǔ)充能力。NAD+可以由ADP核糖基化反應(yīng)的副產(chǎn)物煙酰胺通過(guò)回收途徑重新合成。該途徑中最后一步是由煙酰胺單核苷酸腺苷轉(zhuǎn)移酶(Nicotinamide mononucleotide adenylyl transferases，NMNATs)，不同的NMNATs具有特殊的亞細(xì)胞定位、不同的水平與功能。其中NMNAT-1定位在細(xì)胞核里;NMNAT-2定位在高爾基體，并在細(xì)胞質(zhì)中發(fā)揮作用;而NMNAT-3根據(jù)不同的細(xì)胞種類而定位在線粒體或者細(xì)胞質(zhì)之中。到目前為止，大多數(shù)研究都集中在了解主要由核PARP-1和PARP-2介導(dǎo)的多聚ADP-核糖基化修飾PARylation(簡(jiǎn)稱PAR修飾)的生物學(xué)重要性，但對(duì)單核ADP-核糖基化修飾MARylation(簡(jiǎn)稱MAR修飾)和催化這些反應(yīng)的酶的生物學(xué)重要性知之甚少。因此，作者們希望揭開單ADP-核糖基化以及NAD+穩(wěn)態(tài)調(diào)控在癌癥生物學(xué)中的作用。

　　作者們發(fā)現(xiàn)在卵巢腫瘤中NMNATs具有非常獨(dú)特的表達(dá)模式：與良性的卵巢組織相比卵巢腫瘤中NMNAT2的mRNA水平上調(diào)而NMNAT3的mRNA水平下調(diào)。為了檢測(cè)NMNAT2敲低后對(duì)于NAD+的影響，作者們使用了遺傳編碼的NAD+的sensor對(duì)進(jìn)行檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)NMNAT2敲低后會(huì)顯著減低胞質(zhì)中的NAD+但是提高細(xì)胞核中的NAD+。這些結(jié)果說(shuō)明NMNAT-2對(duì)于卵巢腫瘤中細(xì)胞中的NAD+的胞質(zhì)定位合成以及穩(wěn)態(tài)非常關(guān)鍵。

　　NMNAT-2調(diào)節(jié)胞質(zhì)中的NAD+的水平，因此作者們認(rèn)為NMNAT-2可能對(duì)于卵巢腫瘤細(xì)胞胞質(zhì)中的PARPs/MARTs的活性具有一定的支持作用。通過(guò)免疫熒光檢測(cè)，作者們發(fā)現(xiàn)MAR最初定位在細(xì)胞質(zhì)中，而PAR定位在細(xì)胞核中。而在NMNAT-2敲低后會(huì)顯著降低胞質(zhì)中的MAR水平但是不會(huì)影響到PAR水平。因此，這些結(jié)果說(shuō)明NMNAT-2合成的NAD+會(huì)影響到卵巢腫瘤細(xì)胞中的MAR修飾。進(jìn)一步地，作者們通過(guò)卵巢腫瘤病人的樣本確認(rèn)NMNAT-2與MAR水平之間存在顯著的正相關(guān)，并且高水平的MAR修飾水平會(huì)導(dǎo)致無(wú)進(jìn)展生存預(yù)后差。通過(guò)對(duì)核糖體蛋白修飾的檢測(cè)，作者們發(fā)現(xiàn)其中大部分的蛋白均是被MAR修飾而非PAR修飾。同時(shí)，通過(guò)對(duì)NMNAT-2酶活性的破壞，作者們確認(rèn)NMNAT-2酶活性對(duì)于核糖體蛋白的MAR修飾是非常關(guān)鍵的。

　　為了檢測(cè)NMNAT-2對(duì)核糖體蛋白MAR修飾的調(diào)節(jié)作用對(duì)mRNA的翻譯的影響，作者們使用嘌呤霉素?cái)z取實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)量卵巢腫瘤細(xì)胞中蛋白合成的水平。作者們發(fā)現(xiàn)對(duì)核糖體蛋白進(jìn)行MAR修飾的NMNAT-2會(huì)通過(guò)以酶催化活性依賴的方式抑制蛋白合成。通過(guò)siRNA篩選鑒定，作者們發(fā)現(xiàn)涉及其中的PART-16是唯一影響核糖體蛋白MAR修飾的MART。PARP-16是一種尾部錨定在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的駐留蛋白，通過(guò)修改通路中的關(guān)鍵酶調(diào)控內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)。通過(guò)生化實(shí)驗(yàn)檢測(cè)，作者們發(fā)現(xiàn)NMNAT-2與PARP-16在細(xì)胞中存在相互作用，但是該相互作用并不依賴于NMNAT-2的酶活性，NMNAT-2酶活性會(huì)影響PARP-16上的MAR修飾。因此，作者們的工作建立起了NMNAT-2與PARP-16之間通過(guò)NAD+產(chǎn)生的直接聯(lián)系。

　　癌細(xì)胞需要高水平的蛋白質(zhì)合成來(lái)支持它們的合成代謝過(guò)程，但高水平的蛋白質(zhì)合成可能導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，并導(dǎo)致有毒蛋白質(zhì)聚集物的形成?？紤]到PARP-16調(diào)節(jié)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，作者們對(duì)NMNAT-2與PARP-16敲除之后的蛋白質(zhì)凝聚體的形成進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)通過(guò)敲除后會(huì)降低核糖體蛋白的MAR修飾并且會(huì)促進(jìn)蛋白合成以及蛋白凝聚體的形成。 那么核糖體蛋白的MAR修飾是如何影響核糖功能以及抑制蛋白合成的呢?作者進(jìn)行了多核糖體譜(Polysome profiling)的實(shí)驗(yàn)并在NMNAT-2或者PARP-16敲除后進(jìn)行了多核糖體的RNA-seq檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)核糖體的承載量在敲除后出現(xiàn)了顯著的增加。先前的研究的表明mRNA的非翻譯區(qū)存在調(diào)控元件可以調(diào)節(jié)mRNA的翻譯【5】。為此作者們對(duì)核糖體裝載發(fā)生變化的mRNA進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，這些mRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)中包含莖環(huán)結(jié)構(gòu)，正是這樣的莖環(huán)結(jié)構(gòu)的存在導(dǎo)致mRNA上核糖體的裝載從而在NMNAT-2或者PARP-16敲除的情況下影響蛋白合成。

　　進(jìn)一步地，通過(guò)在輸卵管上皮細(xì)胞中進(jìn)行異常的NMNAT-2過(guò)表達(dá)。作者們發(fā)現(xiàn)NMNAT-2過(guò)表達(dá)會(huì)提高蛋白的合成。另外，作者們對(duì)核糖體上MAR修飾的位點(diǎn)進(jìn)行了鑒定。這些位點(diǎn)上MAR修飾的缺失會(huì)因?yàn)榇龠M(jìn)多核糖體的組裝而促進(jìn)蛋白質(zhì)的合成。

　　總得來(lái)說(shuō)，該工作整合了細(xì)胞代謝、核糖體功能以及蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)的具體分子途徑，將NMNAT-2介導(dǎo)的胞質(zhì)NAD+合成和PARP-16介導(dǎo)的胞質(zhì)蛋白MAR修飾連接起來(lái)。核糖體MAR修飾通過(guò)調(diào)制蛋白質(zhì)合成水平以及防止有毒蛋白質(zhì)聚集，促進(jìn)了癌癥中的蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)，這一機(jī)制的研究為卵巢腫瘤的研究和治療提供了新的可能靶點(diǎn)。

　　原文鏈接： https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.07.005

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