《FEBS Letters》：An upstream open reading frame regulates expression of the mitochondrial protein Slm35 and mitophagy flux
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本文揭示了酿酒酵母中线粒体蛋白Slm35的多层次调控机制。研究发现，转录因子Gis1在氧化应激下抑制SLM35转录，而Msn2/Msn4则介导应激激活。值得注意的是，5'-UTR上游开放阅读框(uORF-1)通过翻译水平调控实现转录-翻译解耦联，其ATG密码子缺失导致Slm35蛋白异常积累并改变线粒体自噬(mitophagy)通量。该工作为理解uORF介导的翻译调控在线粒体应激应答中的作用提供了新视角。
转录因子Gis1和Msn2/Msn4对SLM35的转录调控
通过分析SLM35基因的5'-非翻译区(5'-UTR)，研究人员发现多个应激响应顺式作用元件，包括应激响应元件(STRE)、血红素激活蛋白(HAP)结合位点和后双峰转换(PDS)元件。报告基因实验表明，在氧化应激剂叔丁基过氧化氢(t-BOOH)处理下，SLM35启动子活性受到抑制。进一步研究发现，转录因子Gis1通过结合PDS元件介导转录抑制，而Msn2和Msn4则通过STRE元件在应激条件下激活转录。这种拮抗性调控网络确保SLM35转录水平在不同应激条件下的精细调控。
蛋白质水平与转录水平的解耦联现象
尽管转录水平显示Gis1介导的抑制效应，但通过Slm35-GFP融合蛋白检测发现，蛋白质水平在氧化应激和静止期早期反而显著上升。这种转录-翻译解耦联现象在Δgis1突变株中得到进一步证实：虽然转录水平升高，但Slm35蛋白水平与野生型无显著差异。这种差异表明存在转录后调控机制，特别是在不同碳源（葡萄糖/乳酸）培养和氮饥饿条件下，Slm35蛋白水平呈现动态变化，但与转录因子缺失无直接关联。
uORF-1介导的翻译调控机制
序列分析发现SLM35的5'-UTR存在两个上游开放阅读框(uORF)，其中uORF-1位于起始密码子上游57bp处。系统进化分析表明uORF在酵母菌株中具有保守性。通过位点特异性突变技术构建了uORF-1起始密码子缺失(Δatg)和全长缺失(Δ30)突变株。令人惊讶的是，Δatg突变导致Slm35蛋白水平显著上升，而Δ30突变却造成蛋白水平急剧下降，这种相反效应在葡萄糖培养、乳酸呼吸生长和氮饥饿条件下均保持一致。
Gcn2依赖的调控通路
为阐明uORF调控机制，研究检测了Gcn2激酶的作用。发现在Δgcn2背景下，Δatg突变引起的高Slm35水平表型被消除，表明uORF-1的调控依赖于Gcn2介导的整合应激反应。然而Δ30突变的低蛋白水平表型在Δgcn2背景下依然存在，提示可能存在Gcn2非依赖的调控途径，如mRNA稳定性或翻译效率的改变。
线粒体自噬通量的调控效应
利用Idh1-GFP线粒体自噬报告系统，研究发现Δatg和Δ30突变均导致线粒体自噬通量增加。特别是在氮饥饿和乳酸呼吸条件下，Δ30突变株的自噬水平与Δslm35缺失株相当，而Δatg突变株呈现中等程度增加。这表明Slm35蛋白水平的异常波动（无论升高或降低）都会破坏线粒体质量控制的平衡，导致自噬通量异常。
调控模型与生理意义
研究最终提出多层调控模型：转录层面，Gis1和Msn2/Msn4通过拮抗作用调控SLM35转录；翻译层面，uORF-1通过Gcn2依赖和非依赖机制精细调控蛋白质合成。这种多层级调控确保Slm35在应激响应和线粒体质量控制中发挥精确的调控作用。该研究不仅揭示了一个新的线粒体蛋白调控机制，也为理解uORF在细胞应激响应中的生物学功能提供了重要线索。
