【热应激的翻译调控】 | 7SL RNA与信号识别颗粒（SRP）的双重身份大揭秘！

导读：

非编码7SL RNA是哺乳动物Alu和B1 SINE RNA的祖先分子，被认为只在信号识别颗粒（SRP）内起作用，帮助分泌蛋白转运到内质网输出。

 

新研究发现，在急性热应激下，这个古老的非编码RNA竟化身"应急指挥官"，与SRP蛋白协同关闭全局转录与翻译，将细胞资源优先用于应激生存！这一发现重塑了我们对细胞应激响应机制的理解。

 

文章索引：

标题：7SL RNA and signal recognition particle orchestrate a global cellular response to acute thermal stress.

发表期刊：Nature Comminucations.

发表时间：2025.02

作者团队：美国马萨诸塞综合医院分子生物学系 Jeannie T. Lee 团队

IF：15.7

DOI：10.1038/s41467-025-56351-6.

 

 

 

研究结果

（1）热休克颠覆认知：7SL RNA竟擅离职守，冲进细胞核“拉闸限电”！

首先，作者发现当细胞遭遇急性热应激（42°C），经典“物流员”7SL RNA竟瞬间变身“应急总指挥”，其行为模式彻底颠覆传统认知！

 

7SL RNA（约300 nt）不仅是信号识别颗粒（SRP）的RNA组分，更是​​Alu/B1元件的分子始祖！其独特的“哑铃形”结构（中央7SL特异域+两侧Alu样域）成为功能演化的关键（图1a）。POL-III介导的7SL转录在热刺激2.5分钟内急速启动（图1b），证明其与Alu/B1等SINE元件类似，具备应激响应元件的核心特征！

 

细胞分级和荧光原位杂交双双证实：热休克后7SL RNA发生剧烈的核聚集现象--Northern Blot显示核内含量激增（图1c），FISH成像直接捕捉到其在核内形成明亮焦点（图1d）。

 

 

而且，7SL并非独自入核！其结合的SRP蛋白（SRP72/SRP54）同步向细胞核转移（图1e），暗示整个SRP核糖核蛋白复合物可能协同执行核功能。CHART-Seq技术精准捕获7SL RNA的染色质结合行为（图1g-h）：基础状态下结合316个位点，热休克后结合位点新增310个（总数达556个），且76%结合于启动子附近！靶基因显著富集转录调控相关功能，直接暗示其全局转录抑制潜能。​​

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综上，热休克诱导7SL/SRP复合物发生“身份转换”：从专职胞质蛋白转运的“物流系统”，转变为入驻细胞核、结合染色质、关闭基因表达的“应急调控模块”！这一发现彻底改写了对7SL/SRP功能的传统认知。

 

（2）7SL RNA如何精准关闭靶基因？热休克转录抑制的直接证据链​​

随后，作者发现热休克（HS）诱导的7SL RNA染色质结合直接导致靶基因的转录抑制，且其靶标富集于转录调控核心元件（如Pol II因子、中介体、rRNA基因），揭示7SL作为全局转录抑制器的关键功能。

 

 

热图分析（图2a）显示：7SL CHART-Seq信号在热休克后显著增强（峰值区域±3 kb），表明热应激不仅诱导7SL表达，更强化其与染色质的亲和力。基因本体分析（图 2b）发现：7SL结合基因显著富集于转录调控相关通路（如RNA聚合酶II转录、转录因子复合物组装），提示其通过抑制核心调控节点实现全局转录重编程。

 

同时，验证了关键靶基因如Btf3、Med4、Rn45s与7SL的结合模式（图2c-e）。

RT-qPCR正交实验（图2f）对CHART富集DNA进行qPCR，证实7SL在18S/28S rDNA及ETS1区域的结合显著增强。PRO-Seq分析（图2g-h）显示：7SL靶基因中66.1%在热休克后被抑制；累积分布曲线（CDF）显示靶基因表达变化显著左移，整体下调程度远超非靶基因。

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综上，热休克通过诱导7SL RNA①核转位 → ②染色质结合（尤其启动子） → ③抑制靶基因转录的三级联反应，选择性关闭包括Pol I和Pol II系统在内的转录网络，证实7SL是细胞应激转录调控的核心执行者。

 

（3）热休克颠覆认知：SRP蛋白竟是基因“紧急制动器”！

接着，作者发现信号识别颗粒（SRP）在热休克中跨界扮演“转录调控者”，通过抑制关键基因表达协助细胞应急响应！

热休克（45°C, 15 min）驱动7SL RNA显著富集于核仁（绿色），与核仁标志蛋白nucleophosmin（红色）共定位（Fig. 3a），提示其可能干预rRNA合成，重塑核内转录格局。

 

 

核仁正式7SL组装成RNP的场所。这提出了一种有趣的可能性，即SRP本身可能在对热应激的反应中发挥作用。因此，作者采用siRNA敲降了一个重要的SRP亚基SRP72。在敲除48小时后，细胞进行急性和严重（10分钟，45°C）热休克，并对hs前和hs后的细胞进行RNA-Seq分析。对照组中，热休克引发4125个差异基因（DEGs），下调基因为主（应激典型响应）；而在SRP72敲低组（siSrp72）中，DEGs锐减至1633个，且下调基因数量显著减少（图3b-c），提示SRP是热休克转录抑制的 “必要开关”。​

 

综上，SRP蛋白从传统的“蛋白转运工”转型为应激转录指挥官，通过核定位与基因特异性结合，协同7SL RNA实现转录程序的快速重编程！这一发现为靶向应激通路提供了新思路。

 

（4）7SL/SRP与核糖体“紧密结合”，全局抑制翻译！

为了确定SRP复合体是否在压力下与核糖体结合，作者在热休克前后对细胞质进行了蔗糖密度梯度离心。热休克（45°C, 15 min）后，7SL RNA在核糖体组分中显著富集，而对照RNA 7SK无变化，证实结合特异性（图4a-b）。Western Blot显示SRP54/SRP72蛋白与核糖体标志蛋白（RPL23a/RPS6）同步向重梯度转移（图4c），证明SRP整体参与核糖体结合。

 

 

此外，使用RT-qPCR的uv-交联RNA免疫沉淀（UV-RIP）显示，7SL与RPL23a的相互作用在热休克后显著增加，而7SK没有观察到这种增加（图4d），这表明7SL- srp复合物与核糖体直接相关。RPL23a和SRP54的邻近连接分析（PLA）支持了这些观察结果，结果表明，在热应激期间，这两种蛋白之间的关联显著增加（图4e）。

 

总之，这些数据表明，在急性热应激期间，7SL-SRP复合体从游离细胞质池转变为核糖体结合。

 

（5）SRP独立于ISR通路介导热休克翻译抑制

基于上述结果，作者尝试研究SRP是否可能有助于已知的热介导的翻译抑制。敲降SRP14和SRP72后，并在存在或不存在热休克的情况下对新生蛋白进行Click-iT标记（图5a）。结果显示：热休克（45°C）后对照组蛋白合成显著下降，而SRP14或SRP72敲低细胞中翻译抑制被明显缓解。嘌呤霉素标记实验中（图5b），SRP72敲低后热休克诱导的翻译抑制减弱（Puromycin信号增强），证实SRP是热休克翻译关闭的必需因子。

 

 

转录组分析（图5c）显示SRP72敲低仅在基础条件下引起33个差异基因，未激活大规模应激相关基因。而且，SRP72缺失基因集与ISR核心调控因子ATF4/CHOP的靶基因重叠极少（图5d），排除ISR间接参与。

作者尝试进一步寻求建立SRP和ISR之间的关系（图5e）。ISR抑制剂实验中，ISRIB（ISR抑制剂）部分缓解热休克翻译抑制；SRP72敲低 + ISRIB联合处理几乎完全恢复翻译；eIF2α磷酸化水平在SRP72敲低后未改变，证实SRP独立于eIF2α通路。说明SRP与ISR形成双通路抑制模式，协同关闭翻译！

 

那SRPs是否会影响细胞在热应激条件下的存活？SRP54或SRP72敲低后，热休克（45°C）下的细胞存活率显著变化（p<0.01），表明SRP介导的翻译抑制直接影响应激生存命运（图5f）。

 

综上，SRP作为独立于ISR的翻译制动器，为理解应激响应中多层级调控提供新范式，并为干预蛋白质稳态相关疾病（如热休克损伤、神经退行性疾病）提供新靶点！

 

（6）Ribo-seq分析显示SRP选择性翻译抑制

那么，SRP抑制是在急性热应激期间影响所有mRNA，还是仅影响特定的一组正在翻译的mRNA？为了解决这一问题，作者进行了核糖体测序（Ribo-Seq），发现热休克下SRP以转录非依赖方式选择性抑制mRNA翻译，且该效应集中于翻译起始阶段，为应激响应提供新视角！

 

热休克（45°C）后，对照组（siScr）核糖体保护片段（RPF）信号显著降低（翻译抑制），而SRP72敲低（siSrp72）部分恢复RPF信号，证实SRP是热休克翻译抑制的关键介质。k-means将mRNA分为Cluster1（10%）和Cluster2（90%），后者对SRP缺失敏感（热休克下RPF信号恢复）。

 

Metaplots分析（图 6b）显示：热休克后RPF信号在翻译起始位点（TIS）及整个编码区（CDS）显著下降，表明翻译起始和延伸同步受抑制。

 

延伸指数计算（图6c）：Cluster2在热休克下延伸指数降低，SRP72敲低后指数回升，证实SRP通过阻碍起始-延伸转换抑制翻译。

 

TE分析（图6d）：热休克导致整体TE下降，但SRP72敲低显著缓解该效应，且效应独立于mRNA水平变化（已标准化），排除转录干扰。

（7）SRP优先抑制线粒体蛋白合成，重塑细胞能量平衡！

最后，作者通过多组学整合分析揭示：热休克下，SRP特异性靶向核编码的线粒体相关mRNA，通过抑制其翻译效率（TE）优先阻断线粒体蛋白合成，揭示细胞在应激中“节能保生存”的新范式！

 

 

 

综上，7SL/SRP双轨调控应激响应的全局模型（图7f）：热休克中，7SL/SRP协同执行转录-翻译双重关闭：

l 核内：7SL结合染色质抑制基因转录；

l 胞质：SRP结合核糖体抑制翻译延伸；

l 线粒体偏好性：通过抑制核编码线粒体蛋白合成，优先减少能量消耗，助力细胞存活。

 

研究结论

这项研究揭示了7SL/SRP的功能与蛋白质分泌无关。在急性热休克下，7SL和SRP在早期应激反应中共同选择性地抑制细胞转录和翻译机制。在热胁迫下，7SL被上调，在细胞核中积累，并结合到被热休克抑制的靶基因上。同时，在细胞质中，SRP与核糖体结合并抑制新蛋白的合成。翻译抑制独立于信号肽发生，并通过耗尽SRP而消除。翻译抑制延伸到线粒体，因为具有线粒体功能的核编码基因在SRP靶标中富集。

原文链接：https://nkygenereading.biomart.cn/news/3249308.htm