我国科学家发现核糖体RNA“超级工厂”运行新机制

• 2023-03-09 23:01:42 来源：科技日报

科技日报记者 王春

核仁是细胞核里有着重要功能的无膜特殊结构，负责核糖体RNA的生成加工和核糖体的组装，在显微镜下呈现直径约为0.5-5微米的球状结构。而核糖体的功能是把RNA翻译转变为蛋白质，为生命所必需。

3月9日，中国科学院分子细胞科学卓越创新中心陈玲玲研究组在国际学术期刊《自然》上发表的研究论文对核仁内的蛋白质进行了定位筛选，通过超高分辨成像对200种蛋白质在这个“超级工厂”内的定位进行了详细研究。

【资料图】

过去的研究认为，核仁由三部分组成：纤维中心（FC）是核心，由致密纤维组分（DFC）包裹形成更大的球体，多个FC/DFC单元镶嵌在同一颗粒组分（GC）里。通俗地讲，核仁就像“超级工厂”一样，每个FC/DFC单元就是一个“小车间”，每个“小车间”又通过流水线高效联系，将新生的核糖体RNA运入GC区域，也就是最后的统一“包装站”，完成核糖体组装，功能复杂而又重要。

核仁如此重要，但核仁内大多数蛋白质的精确定位和功能尚不清楚。这个“超级工厂”是如何将自己复杂的结构协同起来一起发挥作用，由内向外加工新生核糖体RNA和组装核糖体的呢？

陈玲玲研究组在核仁原本的三层结构基础上又发现了一层包裹在DFC外的新球壳状区域，并将其命名为“致密纤维成分外侧区域”（PDFC）。也就是说每个FC/DFC“小车间”内新生的核糖体RNA还需要通过致密纤维成分外侧区域这个“监测站”才能完成最后的核糖体组装。

进一步的研究发现，定位于“监测站”的URB1蛋白质具有分子量大，流动慢的特征，是调控新生核糖体RNA 尾端折叠和加工的关键。陈玲玲打比方说，URB1蛋白质仿佛一个体型庞大的“哨兵”，“看守”在监测站区域，结合到由“小车间”运输而来的新生核糖体RNA尾端，与其他因子一起工作，去除末端。该过程对于核糖体RNA的成熟和核糖体的组装至关重要。

“末端剪切完成的核糖体RNA就会被URB1‘哨兵’放行，进入GC区域参与下一步核糖体组装；一旦URB1‘哨兵’消失，核糖体RNA就会带着未剪切的尾端涌入GC区域，造成混乱，使得细胞无法正常运作，同时也会引来外切酶体复合物的‘镇压’。”陈玲玲进一步解释。

在动物实验中，研究人员观察到，缺失了URB1蛋白质的斑马鱼会产生头面部发育的畸形，无法成活。而URB1蛋白质缺失的小鼠胚胎则无法着床，引发早期死亡。

核仁蛋白质协同核仁精细结构与pre-rRNA加工的新机制。中国科学院分子细胞科学卓越创新中心 供图

此项研究工作多角度剖析了核仁这个“超级工厂”内部的精细结构，发现了致密纤维组分外侧区域这一全新结构，通过解析其中URB1的功能，揭示了核仁多层结构与核糖体RNA加工、核糖体组装的相互协同作用，为研究核仁作为核糖体RNA“加工厂”的高效运转与质控机制提供了全新见解，也为核仁组装和在胚胎发育中的潜在影响提供了新的研究思路。

研究工作得到中科院、国家自然科学基金、科技部和上海市科委等的经费资助，并获得分子细胞卓越中心细胞分析技术平台、斑马鱼技术平台、分子生物学技术平台和浙江大学良渚实验室的支持。

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