翻译是将遗传信息从核酸序列转化为功能性蛋白质的核心生命过程，核糖体作为细胞内的蛋白质工厂，负责这一复杂而精准的合成步骤。传统观点认为，核糖体可以无差别地翻译任何mRNA序列，直至遇到终止密码子，借助释放因子完成蛋白链释放并终止翻译。然而，最新研究表明，某些新生肽链能够在核糖体的出口通道内形成特殊构象，进而影响翻译的过程，包括诱导核糖体阻滞，从而发挥调控作用。最近，来自东京大学等机构的科研团队通过系统筛选和结构解析，发现了两个新的核糖体阻滞肽PepNL和NanCL，尤其是PepNL以其迷你发夹结构的独特机制引起了学界的高度关注。PepNL作为一种仅含14个氨基酸的小肽段，其新生肽在核糖体出口隧道内向入口方向折返形成迷你发夹，由此阻断了释放因子RF2的关键结构位点，使终止肽酶活性受阻。这一立体空间上的阻碍导致翻译终止无法顺利进行，使核糖体得以停滞在UGA终止密码子处，阻断蛋白质合成的尾声阶段。
这一发现挑战了传统理解中新生肽单向远离核糖体入口的普遍认识。PepNL的N端折返形成迷你发夹，稳定的分子内相互作用和与23S rRNA的疏水相互作用共同维持了这一非常规构象，为核糖体出口通道的结构和功能增添了新的维度。更加令人惊艳的是，PepNL阻断机制并不依赖于众所周知的“阻滞诱导剂”，而是借助于Trp-tRNATrp介导的终止密码子读穿作用作为阻滞解除的调控策略。在缺乏色氨酸时，翻译停滞现象明显，然而当色氨酸供应充足时，转运色氨酸的tRNA能够有效解码UGA终止密码，实现翻译读穿，从而抑制PepNL引发的阻滞效应，体现出一种内生的调控反馈机制。 维持蛋白质合成准确高效是细胞生存的必要条件，但核糖体偶尔的翻译阻滞实际上被用作一种基因表达调控工具。类如TnaC肽会在高浓度色氨酸环境下诱导阻滞，调节下游基因转录，而PepNL的机制则带来了新的解读视角，其无需外源配体诱导，纯粹基于肽链自身结构折叠即可实现阻滞。
通过高分辨率冷冻电镜技术，科学家清晰捕捉到了PepNL肽段如何通过迷你发夹结构与核糖体出口部位的核糖核酸相互作用改变催化中心构型，阻碍RF2释放因子的GGQ催化模体进入至多肽转移中心。RF2在正常终止翻译时需将GGQ模体嵌入形成催化活性中心，完成肽酰-tRNA酯键水解。PepNL肽的Ile13残基占据了关键的核糖体位点，引发释放因子构象错位，导致催化活性受损，从而实现翻译终止的失活。 PepNL肽的研究还揭示了翻译终止的构象调控机制是如何被新生肽链精细影响的。在各种阻滞肽形成的多样构象中，蛋白折叠的空间化学特征与核糖体内部的RNA构象协同作用，形成了多种阻断释放因子的模式。不同于传统的基于代谢物感应的调控，PepNL的独特折返发夹结构展现了蛋白质合成调控的另一类自主型机制，提示即使微小的肽链序列也能够产生显著的翻译控制效应。
这一机制的生物学意义十分深远。首先，PepNL所在的基因上游开放阅读框对下游蛋白肽酶PepN的表达调控提供了直接关联。PepN作为一种广谱的肽水解酶，在氨基酸供应有限的环境中发挥重要的营养适应功能。PepNL肽段通过翻译阻滞调节PepN表达，可能反映了细胞利用翻译水平的快速调整响应环境营养状态并优化代谢资源配置的策略。此外，阻滞肽表达同时诱导冷休克蛋白等应激响应，这提示翻译停滞不仅是调控信号，还是细胞感受到环境变化后的保护反应触发点。 在方法学方面，研究团队结合基因过表达筛选、细胞生长表型分析、定量蛋白组学和肽酰-tRNA谱分析，创新地鉴定了未定义的小开放阅读框中的核糖体阻滞肽。
高通量的LC-MS/MS对肽酰-tRNA分子的特异检测为确定阻滞翻译的停滞位点提供了强有力的证据。精准的冷冻电镜结构解析则系统呈现阻滞肽与核糖体间的相互作用细节，推动了对翻译调控分子机制的理解。 PepNL的发现还开启了未来研究的多重课题。如何在天然生态环境中调控此类阻滞肽的表达及其对细胞生理的具体影响？类似mini发夹肽是否在其他生物系统广泛存在并参与不同的调控途径？能否依据这一机制设计特异抗生素，干预特定细菌核糖体功能？这些问题都为分子生物学、合成生物学和药物研发领域提供了诱人的探索方向。 此外，PepNL的终止密码子读穿调控提供了理解和利用翻译后期调控的新思路。传统的终止密码子功能定位被打破，强调译码选择性及时间因素对翻译进程的动态影响。
PepNL肽的折叠结构所需时间窗口成为了调控开关，色氨酸的可用性通过影响读穿与阻滞竞争，进一步增加了翻译终止的复杂性。这种机制或许在调节蛋白质多样性及基因表达的灵活性方面扮演关键角色。 综合以上，迷你发夹肽PepNL的研究不仅拓展了人类对翻译终止过程的认知边界，更代表了核糖体-新生肽协同调控机制领域的一次重要突破。它让我们认识到即使是简短的肽段，也能够通过独特的折叠和核糖体通道结合方式，精准操控蛋白质合成的关键节点。未来借助系统生物学和结构生物学技术，深入解析更多此类分子的功能，将助推基础生命科学和临床应用领域的创新发展。
