科学家发现细胞内隐藏的警报系统

核糖体素有细胞“蛋白质工厂”之称。它们附着在mRNA上并沿其移动，解读遗传密码，将氨基酸连接起来形成新蛋白质。不过，核糖体的作用不止于基础的蛋白质合成，还能帮助检测细胞压力，在细胞遭遇有害状况时触发保护机制。由慕尼黑大学基因中心的罗兰·贝克曼教授领导的国际团队，已明确了这一压力信号传导过程的关键步骤，相关成果发表在《自然》杂志上。

压力如何干扰蛋白质合成呢？蛋白质合成对多种干扰极为敏感，比如氨基酸不足、mRNA受损或病毒感染。这些压力会干扰mRNA的正常读取，导致核糖体停滞并相互碰撞。当核糖体发生碰撞时，会引发所谓的核糖体毒性应激反应（RSR）。这种反应会激活相关通路，要么修复损伤，必要时则启动程序性细胞死亡。

研究团队借助生物化学和冷冻电镜技术对ZAK蛋白展开了研究。ZAK是一种激酶，即通过转移磷酸基团来激活其他分子的酶，在控制上述应激反应中起核心作用。此前，人们并不清楚ZAK是如何检测发生碰撞的核糖体并借此激活信号通路的。该团队通过结合生物化学实验与冷冻电镜技术证实，核糖体碰撞正是ZAK的主要激活信号。

科学家们还明确了ZAK如何附着在核糖体上，以及碰撞核糖体的哪些结构特征对其激活必不可少。他们发现，ZAK会与特定的核糖体蛋白相互作用，促使ZAK的特定区域发生二聚化（即两个蛋白分子配对）。这种配对会启动细胞内的信号级联反应。

为何了解ZAK如此重要？贝克曼表示：“深入理解这些机制具有多重重要意义。”他指出，ZAK在应激反应的最早期阶段就发挥作用，因此弄清它如何识别核糖体碰撞，有助于深入认识细胞如何以惊人速度检测干扰。这也有助于解释核糖体质量控制、下游信号网络和免疫系统如何协调它们的反应。

ZAK还具有医学意义，因为ZAK活性异常与炎症性疾病和持续性核糖体应激有关。“因此，我们的研究揭示了真核生物应激生物学的一个核心原理，”贝克曼说，“翻译机器本身在此充当了一个监视平台，从这里启动全局应激信号。”