Theranostics：刘北东/陈利华揭示应激颗粒形成的关键信号通路

2025年1月，哥德堡大学、浙江农林大学的相关研究人员在《Theranostics》（IF: 12.4）上发表了题为“Stress granule formation is regulated by signaling machinery involving Sch9/Ypk1, sphingolipids, and Ubi4”的研究论文，揭示了一条调控应激颗粒形成的关键信号通路，为深入理解细胞应激反应和相关疾病的发病机制提供了全新的视角。

 亮点概述：

• Sch9 和 Ypk1 在 应激颗粒（SG）形成的早期导致长链碱基(LCB)减少。
• LCB的减少通过上调去泛素化酶 Ubp3 下调多泛素前体蛋白 Ubi4。
• 细胞游离泛素水平降低可促进 Lsm7 相分离，从而触发 SG 形成。

 研究背景：

细胞质应激颗粒（SGs）是一种无膜的细胞器，在应激条件或G蛋白激活等正常细胞过程中，它们会临时组装以促进翻译的快速停止。SGs的失调与许多病理学有关，包括神经退行性疾病和癌症。SG的形成影响雷帕霉素（TOR）信号传导的靶点，TOR协调细胞对营养缺乏等应激条件的反应。然而，TORC1/2或其任何下游成分是否在调节SG形成中具有主动信号作用尚不清楚。

鞘脂代谢途径在信号传递和细胞识别中起着重要作用，该途径中的疾病会影响神经组织。鞘脂的生理作用与SG形成之间是否存在联系尚未确定。最近的进展突出了调节SG形成的基于泛素的机制。已经表明，游离泛素而不是泛素结合蛋白与SGs共定位，并且游离泛素可能会改变SG蛋白的相互作用。

研究人员首先进行了基于高内涵成像的表型筛选实验，以酿酒酵母为研究对象，利用温度敏感型（ts）等位基因文库，用 2 - 脱氧葡萄糖（2-DG）诱导应激颗粒形成，然后通过系统地量化分析，找到了 31 个会让SG形成显著增加的突变体，还有 47 个会让SG形成明显减少的突变体。分析表明，丝氨酸 C - 棕榈酰转移酶复合体的突变体（lcb1-4、lcb2-16 和 tsc3-2）在增加SG形成方面表现突出。这个复合体在真核细胞中高度保守，是鞘脂生物合成的第一步限速酶。因此，鞘脂代谢途径可能在应激颗粒形成过程中扮演着关键角色。

基于高内涵筛选的研究发现丝氨酸 C-棕榈酰转移酶复合物是 SG 形成的主要调节剂

研究人员接着对相关突变体进行了深入研究，发现解除对丝氨酸 C - 棕榈酰转移酶（SPT）的抑制，如ORM1 基因缺失，会减少SG的形成，而用药物抑制 SPT 复合体，会让SG形成增加。此外，外源添加二氢鞘氨醇（DHS）和植物鞘氨醇（PHS）这两种鞘脂合成途径的关键产物，能够抑制 SPT 突变体中SG的增加。这些结果表明，DHS 和 PHS 是负向调控SG形成的重要信号分子。

LCB 作为 SG 形成的调节剂

随后，研究人员进一步寻找DHS 和 PHS 在 SG 形成过程中的上游调节剂和下游效应物。Sch9 和 Ypk1蛋白是已知的调节鞘脂代谢的主要成分，分别是 TORC1 和 TORC2 的下游效应器。实验发现，敲除 Ypk1 或者 Sch9 基因，都会导致SG形成出现缺陷。给这些突变体添加抑制 LCB 合成的药物，可以逆转应激颗粒形成的缺陷。表明Sch9 和 Ypk1 在 LCB 鞘脂的上游发挥作用，调控着SG的形成。此外，研究人员还发现了泛素-蛋白酶体系统（UPS）中的 Ubi4 蛋白，UBI4 基因缺失会触发SG形成，而过表达 UBI4 则会强烈抑制SG形成。进一步研究发现，SPT 复合体突变体中 Ubi4 的表达会显著下调，添加 DHS 和 PHS 则会让 Ubi4 表达增加。表明 Ubi4 是 LCB 鞘脂在调控SG形成过程中的下游靶点。

进一步探究LCB 调控 Ubi4的机制，发现LCB 鞘脂可以通过抑制 Ubp3 的表达来上调 Ubi4 的水平。UBP3 基因缺失会导致 Ubi4 表达大幅增加。此外，通过全基因组筛选，研究人员发现敲除 LSM7 基因几乎可以完全抑制由 Ubp3 过表达引起的SG形成增加。实验表明，Ubp3 可以通过抑制 Ubi4 来正向调节 Lsm7 的相分离，进而促进SG的形成。

一项基于高内涵筛选的研究确定了抑制 UBP3 过表达诱导的 SG 形成的基因

最后，研究人员探究了这些发现是否在哺乳动物细胞中也适用，用野生型和 SPTLC2（人类 LCB2 样异构体）敲除的 HEK293t 细胞进行实验。结果发现，在 2-DG 处理下，野生型细胞的SG形成显著增加，SPTLC2 敲除后这种增加更明显。而且，用药物处理后，在酵母细胞中观察到的鞘脂对SG形成的调控现象，在哺乳动物细胞中同样存在。这说明这条调控SG形成的信号通路在进化上是保守的。

总的来说，该研究发现了一条在 2-DG 处理下调控酵母SG形成的信号通路：TORC1/2 - Sch9/Ypk1 信号级联反应调节细胞内主要LCBs鞘脂的水平，LCBs 通过 Ubp3 调节 Ubi4 的表达，Ubi4 和 Ubp3 共同调节 Lsm7 的相分离，最终控制SG的形成 。