撰文丨王聰

編輯丨王多魚

排版丨水成文

慢性應(yīng)激反應(yīng)的激活會(huì)損害細(xì)胞存活，并導(dǎo)致嚴(yán)重的退行性疾病。因此，生物體相應(yīng)地會(huì)部署諸如 E3 泛素連接酶SIFI等沉默因子，以終止應(yīng)激反應(yīng)信號傳導(dǎo)并確保細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)。

然而，一種沉默因子如何在細(xì)胞尺度上感知應(yīng)激壓力以及及時(shí)使應(yīng)激反應(yīng)失活，這一點(diǎn)尚不清楚。

2025 年 5 月 6 日，加州大學(xué)伯克利分校Michael Rapé團(tuán)隊(duì)（博士后Zhi Yang為第一作者）在國際頂尖學(xué)術(shù)期刊Nature上發(fā)表了題為：Molecular basis of SIFI activity in the integrated stress response 的研究論文。

研究團(tuán)隊(duì)將內(nèi)源性 SIFI 的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)解析、AlphaFold 建模以及生化分析相結(jié)合，揭示了整合應(yīng)激反應(yīng)（ISR）沉默的結(jié)構(gòu)和機(jī)制基礎(chǔ)。

當(dāng)細(xì)胞遭遇壓力（例如線粒體損傷、蛋白質(zhì)錯(cuò)誤折疊），它會(huì)啟動(dòng)“整合應(yīng)激反應(yīng)”（ISR），暫停非必需活動(dòng)，集中資源修復(fù)損傷。但如果警報(bào)不及時(shí)關(guān)閉，持續(xù)激活的應(yīng)激反應(yīng)反而會(huì)“誤傷”細(xì)胞，導(dǎo)致神經(jīng)退行性疾病。

在這項(xiàng)發(fā)表于Nature期刊的最新研究中，研究團(tuán)隊(duì)揭開了關(guān)鍵“開關(guān)”SIFI 蛋白的神秘面紗，讓我們一探細(xì)胞如何用精妙的分子機(jī)器實(shí)現(xiàn)“精準(zhǔn)控壓”。

細(xì)胞的“壓力警報(bào)”與致命隱患

1、應(yīng)激反應(yīng)的雙刃劍

當(dāng)線粒體受損時(shí)，細(xì)胞通過激酶 HRI 激活整合應(yīng)激反應(yīng)（ISR），暫停蛋白質(zhì)合成，避免錯(cuò)誤蛋白堆積。但如果修復(fù)完成后警報(bào)仍未關(guān)閉，長期停工將導(dǎo)致細(xì)胞“餓死”，引發(fā)小腦共濟(jì)失調(diào)、早發(fā)性癡呆等疾病。

2、沉默因子 SIFI 的使命

SIFI 是一種 E3 泛素連接酶復(fù)合體，負(fù)責(zé)在壓力應(yīng)激解除后標(biāo)記 HRI 和受損蛋白，引導(dǎo)它們被蛋白酶體降解，重啟細(xì)胞正常運(yùn)作。

冷凍電鏡下的分子“變形金剛”

研究團(tuán)隊(duì)通過冷凍電鏡技術(shù)捕獲了 SIFI 的高分辨率結(jié)構(gòu)，結(jié)合 AlphaFold 預(yù)測，首次揭示其全貌：

巨型腳手架結(jié)構(gòu)：由 UBR4、KCMF1 和鈣調(diào)蛋白組成，大小堪比核糖體（1.3MDa），形似雙臂環(huán)抱的圓環(huán)；

靈活的功能模塊：中心傳感器：KCMF1 的 ZZ 結(jié)構(gòu)域識別帶有特定降解信號（N端降解子）的蛋白；外圍催化臂：UBR4 的類 RING 結(jié)構(gòu)域與泛素結(jié)合酶 UBE2A 協(xié)同，專一性合成 K48 泛素鏈（細(xì)胞降解的“死亡標(biāo)記”）；鈣調(diào)蛋白“鉸鏈”：感知鈣離子信號，調(diào)控 SIFI 構(gòu)象變化，確保應(yīng)激信號的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。

SIFI的“流水線作業(yè)”機(jī)制

1、第一步：廣譜“質(zhì)檢”

SIFI 的中心區(qū)域通過柔性結(jié)構(gòu)域捕獲多種應(yīng)激相關(guān)蛋白（例如未正確導(dǎo)入線粒體的前體蛋白、切割產(chǎn)生的DELE1片段），如同傳送帶上的掃描儀，兼容不同形狀的“問題貨物”。

2、第二步：啟動(dòng)“貼標(biāo)”

KCMF1 率先給底物加上首個(gè)泛素標(biāo)簽，若底物自帶泛素（例如 HRI 融合泛素），可直接跳過此步驟。

3、第三步：精準(zhǔn)“鏈?zhǔn)椒磻?yīng)”

UBRI4 的 UBL 結(jié)構(gòu)域像機(jī)械臂將底物上的泛素傳遞給 UBE2A，利用其狹小的活性腔室專一性連接 K48 位點(diǎn)，形成降解信號鏈。突變實(shí)驗(yàn)顯示，破壞 UBL 或 UBE2A 的界面會(huì)完全阻斷鏈延伸，導(dǎo)致應(yīng)激信號失控。

疾病密碼與未來應(yīng)用

1、神經(jīng)退行性疾病的根源

患者中發(fā)現(xiàn)的 UBR4 突變（例如A2581T、R2584C） 位于 SIFI 的鉸鏈區(qū)，導(dǎo)致支架扭曲，無法協(xié)調(diào)泛素傳遞。小鼠模型證實(shí)，修復(fù) SIFI 功能或抑制 HRI 可逆轉(zhuǎn)病理表型。

2、“靶向蛋白降解”新策略

SIFI 的廣譜底物結(jié)合能力為設(shè)計(jì)新型 PROTAC 分子提供了模板。例如，改造其 ZZ 或 DOC2 結(jié)構(gòu)域，使其精準(zhǔn)鎖定癌細(xì)胞蛋白，有望突破傳統(tǒng)藥物靶向“不可成藥”蛋白的瓶頸。

總的來說，研究團(tuán)隊(duì)將內(nèi)源性 SIFI 的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)解析、AlphaFold 建模以及生化分析相結(jié)合，揭示了整合應(yīng)激反應(yīng)（ISR）沉默的結(jié)構(gòu)和機(jī)制基礎(chǔ)。這不僅揭示了應(yīng)激反應(yīng)沉默的核心機(jī)制，更展現(xiàn)了自然界進(jìn)化出的精密分子機(jī)器如何實(shí)現(xiàn)“多任務(wù)處理”——用一個(gè) SIFI 復(fù)合體同時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)百種蛋白狀態(tài)，動(dòng)態(tài)平衡細(xì)胞生死決策。未來，模仿 SIFI 的模塊化設(shè)計(jì)，或?qū)樯窠?jīng)退行性疾病和癌癥治療開啟全新篇章。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41586-025-09074-z