【酵母的“守护”蛋白】 | ：Pab1如何通过阻止mRNA降解来调控翻译？

导读：

在细胞中，mRNA的寿命和翻译效率直接影响蛋白质合成，但背后的调控机制仍有许多谜团。

 

一项发表在《核酸研究》上的研究，通过前沿的多组学技术，揭示了酵母中Poly(A)-结合蛋白（Pab1）的全新功能：它更像一个“守护者”，主要通过阻止mRNA的脱帽和降解来间接调控翻译，而不是直接促进翻译起始。这一发现挑战了传统认知，并为理解基因表达调控提供了新视角。

 

文章索引：

标题：Yeast poly(A)-binding protein (Pab1) controls translation initiation in vivo primarily by blocking mRNA decapping and decay

发表期刊：《Nucleic Acids Research》.

发表时间：2025.02

作者团队：美国国立卫生研究院分子与细胞生物学部 Alan G. Hinnebusch团队

IF：13.1

DOI：10.1093/nar/gkaf143.

 

 

研究结果

（1）Pab1的耗竭导致mRNA丰度广泛降低

首先，作者通过auxin诱导的降解系统耗尽酵母中的Pab1蛋白，发现其耗尽导致整体mRNA丰度显著降低（图1B），其中大多数mRNA表达下调（图1C）。差异表达分析显示，3294个mRNA丰度减少，仅424个增加（图1D），并明确定义了mRNA_dn_pab1和mRNA_up_pab1核心组（图1E）。

GO分析表明，下调mRNA富集于翻译和核糖体生物发生过程，而上调mRNA与应激响应相关（图1F）。尽管部分变化与环境应激响应（ESR）重叠（图1G），但大多数调控mRNA并非ESR转录本（图1G），且rESR转录本丰度下降更明显（图1H），提示Pab1在mRNA稳定性调控中具有直接且广泛的作用。

 

（2）Pab1-AID耗尽导致mRNA丰度降低，主要是由于脱帽和降解作用增强，而这些过程优先靶向短poly(A)尾亚型

接下来，作者通过在对auxin处理的pab1-AID和WT细胞上进行单分子pA尾巴测序（SM-PAT-Seq），探索了耗尽Pab1-AID对pA尾巴长度的影响。

 

结果显示：耗尽Pab1后，整个转录组的pA尾巴长度显著增加（图2A），中位数增加20nt（图2B）。这种变化不是由于去腺苷化减慢，而是因为短尾巴mRNA异构体被优先降解：在Pab1不足时，短尾巴mRNA竞争结合Pab1的能力较弱，导致其更容易脱帽和降解（图2C）。支持这一机制的是，WT中短pA尾巴的基因在Pab1耗尽时mRNA丰度减少更明显（图2D），且mRNA丰度变化与pA尾巴长度呈正相关（图2E）。

 

为了验证脱帽机制的关键作用，研究在dcp2Δ突变体（缺失脱帽酶）中重复实验。结果显示，在dcp2Δ背景中，Pab1耗尽引起的mRNA丰度减少几乎完全消失（图3A），大多数mRNA的丰度变化被减弱（图3B），下调mRNA数量从3294个降至92个（图3C）。更重要的是，pA尾巴的延长效应在dcp2Δ细胞中也完全消失（图3D-E），这强有力地证明pA尾巴变长是短尾巴异构体被优先脱帽降解的结果，而非去腺苷化受阻。

 

总之，这些结果明确了Pab1通过阻止脱帽来稳定mRNA的核心功能，pA尾巴延长是短尾巴转录本被选择性清除的“假象”，而Dcp2介导的脱帽是这一过程的必经之路。

 

（3）Pab1-AID的耗尽可能性地减少了组蛋白mRNA和蛋白，并解除了隐性转录本的抑制

同时，作者通过多组学分析揭示，Pab1耗尽不仅导致组蛋白mRNA和蛋白质显著减少（图4A），且这一过程依赖于Dcp2介导的脱帽降解，表明Pab1通过稳定组蛋白转录本间接影响染色质结构。细胞周期分析显示，组蛋白减少并非源于S期缩短，反而可能因组蛋白供应不足而延长S期，激活DNA复制检查点。进一步地，CAGE分析发现，Pab1耗尽全基因组范围内激活了隐性内部启动子，表现为非典型转录簇（TCs）增加，尤其在编码序列（CDS）内的反义（AS）和正义（NC_S）方向（图4C-D）。以STE11基因为例，隐性转录在正义和反义链均被去抑制（图4D）。

 

这种去抑制与spt6-1004和set1Δset2Δ突变体高度重叠（图4F），且AS TCs的丰度在突变体中显著增加（图4E和G），强有力地证明Pab1耗尽通过降低组蛋白表达导致核小体密度减少，从而破坏基因沉默。总之，Pab1作为mRNA稳定性的关键调控因子，间接维持核小体占据度，防止隐性转录激活，凸显了转录后调控与表观遗传的紧密联系。

 

（4）Pab1的耗竭导致翻译效率发生广泛变化

进一步地，作者通过Polysome profiling分析和pab1-AID突变体的Ribo-Seq来揭示Pab1耗尽对酵母翻译组的深远影响。

 

结果显示，Pab1缺失导致多核糖体显著减少、单核糖体积累，P/M比率降低3倍，表明整体翻译活性受损（图5A）。然而，与哺乳动物细胞不同，酵母中Pab1耗尽引发了广泛的翻译重编程：约735个mRNA的翻译效率（TE）降低，而864个mRNA的TE反而升高（图5B）。进一步聚焦于核心调控组发现，其TE中位数变化分别为0.54倍（下降）和1.75倍（上升），且这一趋势在多种比较中高度一致（图5C）。

 

 

更重要的是，核糖体足迹（RPFs）的变化与蛋白质丰度变化呈强正相关（图5D），且TE失调转录本的蛋白质水平也发生相应改变（图5E），证明翻译效率的变化直接驱动了蛋白质组的重塑。值得注意的是，TE降低的mRNA其绝对转录本丰度也下降，而TE升高的mRNA丰度相对稳定（图5F），提示Pab1可能通过调控mRNA稳定性间接影响翻译竞争格局。

 

总之，这些结果阐明Pab1作为翻译起始的关键调控因子，其缺失通过改变核糖体负载率进而广泛重编程蛋白质合成。

 

（5）mRNA丰度的降低驱动了Pab1-AID耗尽时TE的变化

最后，研究揭示了Pab1耗尽对翻译的影响主要间接源于mRNA稳定性变化，而非直接调控翻译起始。

 

具体而言，在dcp2Δ突变体（缺失脱帽酶）中，Pab1耗尽不再引起多核糖体减少（图6A）或广泛翻译重编程（图6B），表明Dcp2介导的mRNA降解是前提。TE变化在dcp2Δ背景中大幅减弱（图6C-D），例如TE_dn_pab1组的中位数TE减少从0.53倍减弱至0.88倍，提示Pab1耗尽的翻译效应多数是mRNA丰度波动的间接结果。

 

 

然而，部分mRNA（如Group II和III）仍显示TE变化，说明Pab1存在直接调控作用：Group II mRNA在DCP2和dcp2Δ细胞中均下调，结合了直接和间接机制；Group III mRNA在dcp2Δ中下调更显著，凸显其高度依赖Pab1的直接功能（图6F-G）。上述结果阐明Pab1的核心角色是通过稳定mRNA间接主导翻译调控，仅少数转录本受其直接调节。

 

 

研究结论

这项研究表明：Pab1是mRNA稳定性的主控因子，翻译调控是“副产品”。在酵母中：

l Pab1的主要功能是保护mRNA免于脱帽和降解，而非直接促进翻译起始。

l 大多数翻译效率变化是mRNA丰度波动的间接结果，只有少数mRNA（约100多个）的翻译直接依赖于Pab1。

l 封闭环模型在生理条件下可能非必需：在正常mRNA水平下，Pab1-eIF4G相互作用对大多数转录本的翻译影响有限。

欢迎致电了解详情或咨询!
广州卿泽生物科技有限公司
地址：广州市黄埔区伴河路96号一栋三层321房
电话:18925086102(微信同号)