基因Lsg1,也称为Large subunit GTPase 1,是一种重要的GTPase,参与真核生物的核糖体生物合成过程。Lsg1在核糖体60S亚基的成熟过程中起着关键作用,负责释放出口适配器蛋白Nonsense-mediated mRNA decay 3 protein(Nmd3),并促进最后结构蛋白uL16的整合。Lsg1对GTP的亲和力比对GDP的亲和力高,提示Lsg1在细胞质中主要与GTP结合。此外,Lsg1与60S亚基和Nmd3的复合物结合时,其对两种核苷酸的亲和力都会增加,但更倾向于GTP[1]。这表明Nmd3•60S复合物可以作为GTP稳定因子,调节Lsg1的活性。
Lsg1在细胞衰老过程中也发挥着重要作用。抑制Lsg1的活性会导致细胞衰老的诱导,这是通过干扰内质网稳态和胆固醇生物合成途径的显著上调来实现的,而不是通过核糖体耗竭或翻译不足[2]。Lsg1的抑制导致胆固醇/内质网标志物的扩增,并在转化细胞中恢复细胞衰老反应,这表明Lsg1抑制可能具有潜在的治疗用途。
Lsg1是一种在进化过程中与细胞区室化相关的关键GTPase。人类Lsg1是一种位于内质网的必需GTPase,在某些细胞中也在核的Cajal体中发现。Lsg1家族的成员随着真核细胞区室化和核糖体生物合成途径的进化而增加。Lsg1家族的进化可能涉及细胞质成分的获得,随后是核成分的获得,以及最终线粒体和叶绿体成分的获得,这与核仁的形成和核成分的特化相平行[3]。
Lsg1在核糖体60S亚基的核输出过程中也起着关键作用。酵母中Nmd3p从60S亚基的释放需要核糖体蛋白Rpl10p和细胞质G蛋白Lsg1p的参与。LSG1或RPL10的突变会阻断Nmd3-GFP进入细胞核和60S前体从细胞核的输出。NMD3的过表达可以缓解这种输出缺陷,表明lsg1和rpl10突变体中60S输出的阻断是由于无法循环利用Nmd3p。这些结果表明,Rpl10p正确地加载到60S亚基中对于Lsg1p从亚基中释放Nmd3p是必需的。这些结果还表明,60S输出适配器的循环利用与60S亚基的翻译激活之间存在耦合[4]。
Lsg1在植物中也发挥着重要作用。在拟南芥中,AtLSG1-2的突变导致单核糖体水平降低,表明AtLSG1-2在核糖体生物合成中起作用。AtLSG1-2缺陷导致植物中生长素分布、反应和运输的异常,影响植物发育[7]。在水稻中,Lsg1基因的突变体表现出多种生长素相关的表型,包括侧根数量减少、叶脉改变和根缩短。这些结果表明,Lsg1在植物生长素调控和发育中起着重要作用[6]。
在人类疾病中,Lsg1也与注意力缺陷多动障碍(ADHD)相关。Lsg1是GWAS研究中确定的与ADHD相关的12个独立位点之一。Lsg1在胎儿星形胶质细胞、神经元和小胶质细胞/巨噬细胞中高度表达。基因本体分析表明,谷氨酸受体信号通路、GRIK5亚网络、异常步态、REACTOME_SIGNALING_BY_ERBB2和异常神经系统生理学与ADHD相关[5]。
综上所述,Lsg1是一种重要的GTPase,参与真核生物的核糖体生物合成、细胞衰老、细胞区室化、植物生长素调控和人类疾病发生等过程。Lsg1的研究有助于深入理解核糖体生物合成、细胞衰老、细胞区室化和人类疾病发生机制,为疾病的治疗和预防提供新的思路和策略。
参考文献:
1. Jaramillo-Ramírez, Juliana, Marcial-Bazaldua, Nancy, Sánchez-Puig, Nuria. 2020. Characterisation of the interaction of guanine nucleotides with ribosomal GTPase Lsg1. In Biochimica et biophysica acta. Proteins and proteomics, 1869, 140538. doi:10.1016/j.bbapap.2020.140538. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32916301/
2. Pantazi, Asimina, Quintanilla, Andrea, Hari, Priya, Acosta, Juan Carlos, Finch, Andrew J. 2019. Inhibition of the 60S ribosome biogenesis GTPase LSG1 causes endoplasmic reticular disruption and cellular senescence. In Aging cell, 18, e12981. doi:10.1111/acel.12981. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/31148378/
3. Reynaud, Emmanuel G, Andrade, Miguel A, Bonneau, Fabien, Scheffzek, Klaus, Pepperkok, Rainer. 2005. Human Lsg1 defines a family of essential GTPases that correlates with the evolution of compartmentalization. In BMC biology, 3, 21. doi:. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/16209721/
4. Hedges, John, West, Matthew, Johnson, Arlen W. 2005. Release of the export adapter, Nmd3p, from the 60S ribosomal subunit requires Rpl10p and the cytoplasmic GTPase Lsg1p. In The EMBO journal, 24, 567-79. doi:. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/15660131/
5. Fahira, Aamir, Li, Zhiqiang, Liu, Ning, Shi, Yongyong. 2019. Prediction of causal genes and gene expression analysis of attention-deficit hyperactivity disorder in the different brain region, a comprehensive integrative analysis of ADHD. In Behavioural brain research, 364, 183-192. doi:10.1016/j.bbr.2019.02.010. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/30738099/
6. Kovacevic, Jelena, Palm, Denise, Jooss, Domink, Simm, Stefan, Schleiff, Enrico. 2019. Co-orthologues of ribosome biogenesis factors in A. thaliana are differentially regulated by transcription factors. In Plant cell reports, 38, 937-949. doi:10.1007/s00299-019-02416-y. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/31087154/
7. Zhao, Huayan, Lü, Shiyou, Li, Ruixi, Running, Mark P, Xiong, Liming. 2015. The Arabidopsis gene DIG6 encodes a large 60S subunit nuclear export GTPase 1 that is involved in ribosome biogenesis and affects multiple auxin-regulated development processes. In Journal of experimental botany, 66, 6863-75. doi:10.1093/jxb/erv391. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/26272902/