众所周知，世间生物的遗传物质基础是DNA (脱氧核糖核酸)，DNA 会被转录成RNA (核糖核酸)。而大多的RNA 需要被翻译成蛋白质才能进一步的发挥作用，也就是说其作用形式要表现在蛋白质水平上。因此，由RNA 到蛋白质的这一过程就显得十分重要。
在真核生物中，RNA 翻译成蛋白质包括3 个步骤：起始，延伸和终止，其中起始这一步在翻译调控中相当重要。通常认为帽依赖的翻译起始机制(cap-dependent translation initiation mechanism) 是真核生物中进行翻译起始的主要机制，也是最经典的分子作用机制【1】。在这一机制中，mRNA (信使RNA) 5’ 帽子结构主要被翻译起始因子eIF4E 识别，eIF4E 能够与支架蛋白eIF4G 相互作用形成复合物，这一复合物被称为eIF4F 复合物 (eIF4F complex)。eIF4G 还能够与poly(A) 结合蛋白PABP 以及eIF3 相互作用，进而使mRNA 重新环化 (recircularization)，并加载43S 前起始复合物 (43S preinitiation complex)，从而起始翻译【2】。翻译起始过程在不同的真核生物中都受到eIF4E 结合蛋白的调节，然而，在植物中，尽管已有报道发现了能够与eIF4E 相互作用的蛋白，但是它们在翻译调控方面的机制还不清楚。
近期，来自西班牙马德里理工大学的M. Mar Castellano课题组在NaturePlants发表了题为A novel eIF4E-interacting protein that forms non-canonical translation initiation complexes的研究论文。该研究揭示了CERES 是一个非典型的翻译起始因子，在植物的翻译调节中发挥着重要作用。
为了寻找能够与eIF4E 互作的蛋白，本文作者运用酵母双杂的方法进行筛选，在所得到的互作蛋白中，除了eIF4G 外，有很大一部分的阳性克隆属于拟南芥的同一个蛋白：CERES (Roman goddess of agriculture)。分析表明，该蛋白属于一类植物特有的LRR (leucine-rich repeat) 家族蛋白，并且具有高度保守的eIF4E 结合位点(4E-BS)。另外，它与eIF4E 有着相同的亚细胞定位，并且能够通过4E-BS 与eIF4E 和eIF(iso)4E 互作。
进一步的分析表明，在eIF4E-CERES 复合物或是eIF(iso)4E-CERES 复合物中不存在eIF4G或是eIF(iso)4G，但是CERES 却能够行使着与eIF4G 相同的功能。在缺少eIF4G 的情况下，CERES 能够招募eIF4A，eIF3和PABP，进而起始翻译。
研究还表明，CERES 主要是在昼夜循环的特定阶段来正调控翻译的起始，比如在ZT5 (zeitgeber time 5，第一次光照后5小时) 时期，此时植物的代谢和营养物质状态都处于最高水平或是接近最高水平。在这个时间点上，多聚体图谱(polysomal profiles) 和超分辨率核糖体图谱(super-resolution ribosome profiling) 的结果表明，CERES 能够促进一般的翻译过程(如下图)，并能够精细的调节参与光响应(light response) 和糖管理(saccharide management) 的一组特定mRNA 的翻译。与此结果一致，ceres突变体表现出对高浓度葡萄糖超敏感的表型。这些数据表明，当细胞中的代谢和翻译条件较好时，CERES 能够促进ZT5 时期的翻译。这与其他eIF4E 的互作蛋白(主要作用是抑制翻译)【3】的作用方式是不同的。
CERES 在昼夜周期的特定阶段调节翻译
本文中的CERES 为什么说是形成了一个非典型的翻译起始复合物呢？总结起来，主要是该复合物中不存在eIF4G，而CERES 的功能与eIF4G 类似，可以说是eIF4G 的一个替代蛋白。另外，之前的研究表明，eIF4E 的互作蛋白能够与eIF4G 相竞争，从而阻止翻译起始复合物(eIF4E-eIF4G) 的形成来抑制翻译【3】，这也与CERES 的作用方式不同。
综上所述，本文发现了植物中一个新的eIF4E 结合蛋白CERES，并揭示了其作为非典型翻译起始因子的作用机制。即CERES 整合了植物的营养刺激，当植物体内能量和碳供应量较高时，CERES 会促进一般的翻译过程，并参与调节不同mRNA 子集的翻译。
参考文献：【1】Haimov, O., Sinvani, H., and Dikstein, R. (). Cap-dependent, scanning-free translation initiation mechanisms. Bba-Gene Regul Mech1849, 1313-1318.【2】Hinnebusch, A.G., Ivanov, I.P., and Sonenberg, N. (). Translational control by 5 "-untranslated regions of eukaryotic mRNAs. Science352, 1413-1416.【3】Stebbins-Boaz, B. (2000). Maskin is a CPEB-associated factor that transiently interacts with elF-4E. Mol Cell5, U15-U15.
文章链接：
/articles/s41477-019-0553-2
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