IF50.5｜ZAK在碰撞核糖体界面的激活机制

碰撞核糖体如何激活ZAK激酶？本文揭示RACK1支架与SAM二聚化的关键作用。

这篇按生信解读号的读法拆：先看背景和问题，再看作者怎么做、做出了哪几条硬发现，最后把数据和代码收走。

研究背景

核糖体碰撞是细胞感知翻译应激的重要信号，可激活核糖体毒性应激反应（RSR）。ZAK作为RSR的核心MAP3K，在未应激时与核糖体组成性结合，应激时自磷酸化并释放，进而激活p38和JNK，决定细胞命运。此前已知ZAK的C端对核糖体结合至关重要，且RACK1位于碰撞界面，但ZAK如何被招募到核糖体、碰撞如何触发激活，以及是否存在负调控机制，均不清楚。

科学问题

卡在哪里： 尽管ZAK信号通路的下游效应已被广泛研究，但ZAK与核糖体相互作用的结构基础、碰撞特异性激活的分子开关，以及防止基础状态下的组成性激活的负调控机制，仍是未解之谜。

本文要回答： 阐明ZAK在基础状态和应激条件下被招募到核糖体的分子机制，并揭示碰撞如何通过RACK1介导ZAK激活。

技术路线

作者主要用了：cryo-EM、CLIP-seq、蔗糖梯度、免疫共沉淀、CRISPR敲除、定点突变。

作者首先利用激酶失活突变体（T161A/S165A、K45M）富集核糖体结合的ZAK，通过蔗糖梯度离心和免疫印迹确认其结合状态。随后对ANS处理或未处理的ZAK免疫沉淀样品进行单颗粒冷冻电镜分析，解析出ZAK结合的二体核糖体（disome）结构。结合AlphaFold预测和定点突变，作者系统验证了ZAK各结构域（pin、RIH、RIM、SAM）在核糖体结合和激活中的功能，并通过CLIP-seq和生化实验进一步支持结构发现。

图 1　Fig. 1。图1展示ZAK过表达导致其自磷酸化并激活JNK，而激酶失活突变体（T161A/S165A）保持未磷酸化状态并深陷多聚核糖体。冷冻电镜结构显示ZAK结合在碰撞二体核糖体界面，其SAM结构域形成二聚体桥接两个RACK1，同时展示ZAK各结构域的排布。

核心亮点

亮点 1｜ZAK通过pin与RIH组成性结合核糖体

结构显示ZAK的C端pin（残基767-771）结合eS27，RIH（残基611-617）结合RACK1，这两个相互作用不依赖碰撞，介导ZAK在基础状态下与核糖体的组成性结合。突变pin或RIH均导致ZAK失去核糖体结合和激活能力，RACK1敲除也完全阻断ZAK结合和激活。CLIP-seq证实ZAK的C端与18S rRNA的ES7和ES6c区域有直接接触，其中ES6c接触仅在碰撞后出现。

图 2　Fig. 2。图2聚焦ZAK C端pin与eS27的相互作用，显示W768插入eS27的疏水口袋。突变pin或ES7结合残基显著降低ZAK与核糖体的结合，并消除ANS诱导的激活。CLIP-seq显示ZAK C端与18S rRNA ES7和ES6c的接触，其中ES6c接触仅在碰撞后出现。

亮点 2｜RIM介导碰撞特异性激活

RIM（残基417-422）位于SAM结构域下游，仅在碰撞核糖体上观察到与RACK1的结合。突变RIM不影响ZAK的组成性结合，但完全废除ANS诱导的ZAK和JNK激活，且突变体在ANS处理后仍保留在核糖体上，表明RIM是碰撞特异性激活所必需的。

图 3　Fig. 3。图3展示RIH（残基611-617）与RACK1 blade 5/6之间的结合，以及RIH-p延伸至碰撞核糖体的uS3和h37-h38。RIH突变或RACK1敲除完全阻断ZAK的核糖体结合和激活，表明RIH是组成性结合所必需的。

亮点 3｜SAM二聚化是激活的关键开关

在碰撞二体核糖体上，两个ZAK的SAM结构域通过不对称头尾界面形成二聚体，桥接两个RACK1。SAM二聚体界面突变可导致ZAK组成性激活或完全失活。致病性突变F368C和界面突变K387D均导致ZAK在无应激时高度自磷酸化并降解，而K394D突变则完全阻断激活。冷冻电镜显示K394D突变体中SAM二聚体无法形成，进一步支持SAM二聚化对激活的必要性。

图 4　Fig. 4。图4展示RIM（FPPLIK基序）与RACK1 blade 2/3的相互作用，突变RIM不影响结合但消除激活。同时显示SERBP1的C端占据相同位点，含有FPxL基序，SERBP1敲低增强基础JNK磷酸化，表明SERBP1是ZAK的负调控因子。

亮点 4｜SERBP1竞争性抑制ZAK激活

在未应激的核糖体上，SERBP1的C端占据RACK1上与ZAK RIM相同的结合位点，且含有类似的FPxL基序。SERBP1敲低导致基础状态下JNK磷酸化水平升高，表明SERBP1通过竞争RACK1结合位点负调控ZAK激活，防止基础状态下的组成性激活。

图 5　Fig. 5。图5展示SAM二聚体的不对称头尾界面及关键盐桥。突变界面残基导致组成性激活（K387D）或失活（K394D）。K394D突变体的冷冻电镜结构显示SAM二聚体无法形成，且SERBP1占据一个RACK1位点。此外，F368C突变体即使失去核糖体结合仍能组成性激活，表明SAM结构域可直接调控激酶活性。

生信可带走

这一块是给做分析的人用的，不是科普点缀。

• 方法栈： cryo-EM、CLIP-seq、蔗糖梯度、免疫共沉淀、CRISPR敲除、定点突变
• 公开数据： 原文未给出公开组学登录号
• 代码： 原文未给出公开 GitHub/GitLab 仓库
• 谁该点开原文： 研究核糖体应激、MAPK信号通路或翻译调控的科研人员。

带走一句

核糖体碰撞通过RACK1支架促进ZAK SAM结构域二聚化，从而解除自抑制并激活激酶。分析相关通路时，应关注支架蛋白介导的构象变化，而非仅依赖磷酸化状态。