Sci Adv丨Polysome profiling应用：复旦大学严冬揭示NAT10通过维持核糖体稳态与抑制Xrp1应激通路调控发育

近年来RNA修饰已成为调控基因表达的重要表观转录组机制，并在各类生物RNA中广泛存在。作为真核生物RNA中目前已知唯一的乙酰化修饰，N⁴-乙酰胞苷（ac⁴C）主要由保守的N-乙酰转移酶10（NAT10）催化生成。

在酵母和哺乳动物中，NAT10不仅催化转运RNA（tRNA）和核糖体RNA（rRNA）的乙酰化，还参与调控核糖体组装、信使RNA（mRNA）翻译以及多种蛋白质的乙酰化修饰。哺乳动物相关研究表明NAT10是早期胚胎发育以及生殖细胞维持所必需的关键基因。

黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）中存在尚未被功能鉴定的NAT10同源基因，且果蝇是解析核糖体应激与发育调控的经典模型。然而NAT10在动物发育过程中发挥关键功能的在体确切分子机制，特别是其催化活性与非催化结构功能间的关系仍有待深入阐明。

2026年9月30日，复旦大学严冬团队在Science Advances上发表了题为“NAT10 governs development through the Xrp1-mediated stress response rather than its RNA acetylation activity”的研究论文。该研究结合果蝇遗传学、翻译组学与转录组学方法揭示，NAT10主要通过其核糖体生物合成功能而非RNA乙酰化转移酶活性维持正常蛋白质翻译，其缺失经Xrp1介导引发类似核糖体蛋白突变体的应激反应，最终导致发育缺陷。

文章索引

【标题】NAT10 governs development through the Xrp1-mediated stress response rather than its RNA acetylation activity

【发表期刊】Science Advances

【发表日期】2026年9月30日

【作者及团队】复旦大学生命科学学院严冬团队

【IF】12.5

研究结果

一、NAT10缺失诱导眼向触角转化和细胞凋亡

研究利用GAL4/UAS系统驱动组织特异性RNA干扰（RNAi），发现敲低NAT10会导致果蝇复眼缩小，甚至出现额外触角，并伴随触角标志物Distal-less和Cut异常扩增。

免疫染色显示，NAT10缺失激活c-Jun氨基末端激酶（JNK）通路、诱导Eiger和凋亡标志物cleaved Dcp-1，同时可引发邻近细胞的非细胞自主性过度增殖。

二、NAT10定位于核仁并维持蛋白质翻译

NAT10抗体染色显示，NAT10主要定位于以纤维蛋白（Fib）标记的核仁，敲低后核仁出现扩大和形态异常。

采用O-炔丙基嘌呤霉素（OPP）标记新生蛋白，结果显示NAT10缺失区域的蛋白质合成显著下降，说明NAT10对组织中的整体翻译效率十分重要。

三、NAT10缺失破坏RNA乙酰化、rRNA加工和核糖体组装

通过温度敏感型GAL4系统进行全身性NAT10敲低，结合ac⁴C点杂交和免疫RNA印迹，研究确认NAT10缺失会降低总RNA及18S、28SrRNA中的ac⁴C水平。

Northern杂交显示前体rRNA加工中间体异常，Polysome Profiling多聚核糖体分析显示80S单体核糖体和多聚核糖体组分减少，表明NAT10缺失同时损害rRNA加工和核糖体组装。

四、NAT10缺失激活Xrp1介导的整合应激反应

研究通过磷酸化真核翻译起始因子2α（eIF2α）染色、Xrp1转录检测、Xrp1-lacZ和Irbp18::GFP报告系统，证明NAT10缺失能够激活Xrp1及其相关应激通路。

同时，Ref(2)P等蛋白质聚集和自噬相关标志物积累，提示细胞出现蛋白毒性应激，整体翻译受到抑制，说明NAT10缺失诱导了整合应激反应（ISR）。

五、Xrp1是NAT10缺失引发发育异常的核心介质

遗传互作实验显示，联合敲低Xrp1能够恢复NAT10缺失导致的eIF2α磷酸化升高、翻译下降、细胞凋亡、蛋白质聚集、翅盘畸形和眼向触角转化。

敲低内质网应激相关蛋白激酶（PERK）只能改善ISR和翻译抑制，不能完全缓解凋亡及组织形态异常，提示Xrp1位于NAT10缺失应答的上游。

六、NAT10缺失产生类似Rp突变体的转录响应

研究利用RNA测序（RNA-seq）分析NAT10 RNA干扰翅盘，发现差异表达基因富集于核糖体、非同源末端连接、谷胱甘肽代谢、Toll和Janus激酶及信号转导与转录激活因子通路。

NAT10缺失的转录谱与核糖体蛋白基因（Rp）突变体高度相似，而联合敲低Xrp1后，大部分异常表达基因恢复至接近对照水平，表明转录重编程主要由Xrp1驱动。

七、果蝇mRNA中的ac⁴C修饰主要分布于编码区

研究首次利用乙酰化RNA免疫沉淀测序（acRIP-seq）绘制果蝇mRNA的ac⁴C修饰图谱，发现ac⁴C峰主要位于编码区，并略偏向终止密码子附近，富集序列基序为CXXCXXCX。

NAT10敲低仅引起少量ac⁴C峰发生显著变化，且差异ac⁴C峰与mRNA表达变化重叠较少，提示mRNA ac⁴C并不是NAT10缺失后主要调节mRNA稳定性的机制。

八、NAT10的RNA乙酰化活性对果蝇发育并非必需

研究通过基因编辑获得NAT10移码突变体，并构建正常基因组型NAT10和催化缺陷型NAT10^G613E进行遗传拯救。

尽管NAT10^G613E几乎不能恢复总RNA和rRNA中的ac⁴C修饰，且仍存在前体rRNA加工缺陷，但其能够完全挽救突变体致死，恢复正常多聚核糖体分布，并阻止Xrp1激活，说明NAT10的催化活性对正常发育并非必需。

总结

本研究系统揭示了NAT10在果蝇发育过程中的核心生物学功能，证明了其调控作用主要归因于核糖体组装和Xrp1介导的应激反应而非RNA催化活性。这一突破性成果不仅厘清了NAT10在体内的真实作用机制，也为深入理解核糖体病变与细胞应激反应之间的关联提供了重要的理论基础。