Cell的最新文章《代谢和mRNA翻译之间的串扰》：https://www.cell.com/cell-metabolism/fulltext/S1550-4131(24)00324-3
细胞中最耗能的过程
- 代谢和 mRNA 翻译是调节基因表达和细胞生理的关键步骤。
- 这个步骤是细胞中最耗能的过程
- mRNA 翻译与细胞代谢密切相关且同步。
mRNA翻译是代谢的协调者：
- 代谢途径的几种 mRNA 在翻译水平上受到调控
- 代谢途径和代谢物直接控制翻译机制的选择性和效率
- RNA 的转录后修饰以微调蛋白质合成
营养物质
- 大量文献表明，营养物质通过激活特定的信号通路来影响翻译，其中最受认可的是mTOR通路。
- 营养物质缺乏和应激信号也将翻译和代谢联系起来。
在本综述中：
- 首先总结翻译机制以及特定代谢途径如何进行翻译调控。
- 然后，我们将讨论代谢和代谢状态如何在翻译水平上影响基因表达。
几种代谢过程：
- 铁代谢是第一个在翻译水平上受控的途径。
- 多胺亚精胺是一种聚阳离子，在细胞生长和增殖中发挥作用并促进长寿。羟丁酸是一种来自多胺亚精胺的不寻常氨基酸，多胺代谢的背景下，整个多胺途径通过典型和非典型机制受到复杂的翻译控制。
- 硒代谢与翻译密切相关。在生命的所有领域中，必需的微量元素硒在 mRNA 翻译过程中以氨基酸硒代半胱氨酸 (Sec) 的形式被整合到硒蛋白中。硒蛋白缺乏和硒蛋白突变会导致全身性疾病。
- 脂质代谢在翻译起始水平上受到广泛控制。生酮的整个代谢途径（禁食期间发生的代谢转换）处于翻译控制之下。
- 二甲双胍是一种广泛使用的药物，在药理浓度下可激活 AMPK，二甲双胍在 mRNA 翻译水平上控制基因表达的程度与典型的 mTOR 抑制剂相当
代谢结果：代谢物
代谢物是处于翻译和交叉点。
营养物质或代谢物的局部存在如何影响翻译输出？
- 原核生物已经发展出嵌入特定 mRNA 的结构化非编码区，称为核糖开关。感知特定代谢线索的存在
- 真核生物没有核糖开关；然而，细胞代谢和营养线索会影响涉及翻译机制的所有 RNA 类型的修饰，例如 mRNA、tRNA 和 rRNA。
- 一碳 (1C) 代谢支持不同的生理过程，例如氧化还原防御、表观遗传维持以及嘌呤和特定氨基酸的生物合成，包括甘氨酸、丝氨酸和蛋氨酸。
- 哺乳动物细胞中叶酸 1C 单位的另一个主要来源是氨基酸丝氨酸，它提供甲基供体
翻译控制失调是癌症发生和发展的标志，是与异常代谢、存活、血管生成和免疫反应改变有关。
近几年出现的一个令人惊讶的概念是翻译和代谢重塑，它使癌细胞能够在几种不利条件下存活。已经有人综述了饥饿如何通过翻译重编程充当癌症转移的驱动力。
心血管细胞是代谢异质组织，因为它们需要适应其所处的不同微环境。
- 血管内皮生长因子 (VEGF) 和 VEGFR2 都是血管生成的主要调节因子，已被发现处于特定的翻译控制之下
T 细胞的生命受免疫代谢调节。淋巴细胞预先积累了几种代谢 mRNA，这些 mRNA 在 T 细胞受体(TCR) 参与后被翻译激活。T 细胞拥有强大的糖酵解机制，当呼吸受阻（例如缺氧时）时，该机制可用于代谢转换。在淋巴细胞中，从静止到活化的转变导致蛋白质合成增加数倍；特定的 mRNA 翻译随后驱动特定的代谢过程，例如脂质合成和糖酵解。
代谢的翻译控制影响在代谢综合征中很明显，代谢综合征是一组以高血糖和高甘油三酯水平为特征的疾病。
肝脏处于两个显著观察的交叉点：
- 一方面，它是哺乳动物中蛋白质合成率最高、调节多种代谢过程的器官；
- 另一方面，它是成年人中再生能力最强的器官。
总结
本文深入探讨了翻译控制与细胞代谢之间的紧密联系，以及这种联系在细胞适应动态环境中的重要性。
- 翻译控制的快速响应： 相比转录控制，翻译控制能更迅速地调节蛋白质合成，从而使细胞能够快速适应不断变化的代谢需求。
- 技术瓶颈： 目前，我们对翻译控制的理解还存在一些技术上的限制，特别是单细胞水平上的研究。
- 代谢物对翻译的调控： 代谢物不仅为蛋白质合成提供原料，还可以直接结合蛋白质或RNA，调节翻译过程。
- 组织特异性： 不同组织的翻译控制机制可能存在差异，以适应各自的代谢需求。
- 疾病中的翻译控制： 翻译控制在多种疾病，如癌症，中起着重要作用。