9月17日，國際學術期刊Molecular Cell在線發(fā)表了中國科學院分子細胞科學卓越創(chuàng)新中心（生物化學與細胞生物學研究所）陳玲玲研究組關于核仁結構以及新生成核糖體RNA前體（pre-rRNA）定向轉運的最新研究進展：“Nascent Pre-rRNA Sorting via Phase Separation Drives the Assembly of Dense Fibrillar Components in the Human Nucleolus”該研究通過多種先進成像技術結合生化手段，揭示了核仁的超微三維結構，首次提出了相分離促進新生成pre-rRNA定向轉運的模型，并發(fā)現了新生成pre-rRNA定向轉運過程可以促進核仁致密纖維組分的組裝。

 

        核仁是細胞核內最為重要的無膜細胞核亞結構，主要承擔了核糖體RNA的轉錄、加工以及核糖體組裝的功能，并在調控細胞增殖、細胞有絲分裂、響應細胞應激反應中起著重要的作用?；陔娮语@微鏡的觀察，核仁中含有FC，DFC以及GC三個獨立的核仁亞區(qū)域，并認為核仁的層級結構是核糖體RNA轉錄與加工高度偶聯的結果。2017年，陳玲玲研究團隊在核仁內發(fā)現了名為SLERT的長非編碼RNA可以通過調控DDX21環(huán)狀結構，從而調控核糖體RNA的轉錄（Cell，2017）。然而由于核仁致密的結構以及高電子密度的特性，核仁亞區(qū)域的精細結構，核糖體RNA的轉錄位置以及核糖體RNA被轉錄后如何進入DFC區(qū)域進行后續(xù)的加工尚不清楚。

       

        在這項最新的研究當中，研究人員利用多種超高分辨率顯微技術，在人類活細胞當中解析了核仁的超微分辨結構，首次觀察到了活躍NORs內的處于活躍與非活躍狀態(tài)的兩種rDNA，發(fā)現了DFC區(qū)域是非均一結構而是由18-24個簇狀結構組成。同時，研究人員利用超高分辨率顯微鏡在細胞原位確定了rDNA轉錄位點、rRNA前體的精細定位，以及rRNA前體在FC/DFC轉錄單元內具有快速定向轉運的特性。進一步，研究人員通過篩選，結合生化手段與成像，發(fā)現核仁蛋白Fibrillarin（FBL）在新生成rRNA前體轉運至DFC這一過程中起到了關鍵性的作用。進一步研究發(fā)現，FBL蛋白中內在無序區(qū)域（IDR）的長度決定了FBL自相關強度，并直接影響了FBL對rRNA前體的定向轉運能力。總體而言，GAR結構域中FBL中的IDR越長，FBL的自相關特性越強，對rRNA前體的分選能力也越強，并提出由蛋白IDR介導的自相關特性可以促進相分離，從而促進rRNA從其轉錄位點定向轉運進入DFC區(qū)域進行加工這一概念，為RNA定位調控機制的研究提供了新的思路。更重要的是，研究首次提出rRNA定向轉運過程可以促進核仁DFC區(qū)域的組裝。事實上，除核仁外細胞內還存在大量的無膜細胞亞結構，該發(fā)現也提示類似的機制也可能參與了細胞內其它無膜細胞亞結構的組裝。

 

        生化與細胞所博士生姚潤文與博士生許光為共同第一作者，陳玲玲研究員為通訊作者。該研究受到了中科院上海營養(yǎng)與健康研究所楊力研究組，中科院植物生理生態(tài)研究所公共技術服務中心、國家蛋白質科學中心（上海）復合激光顯微成像系統、中科院上海生物化學與細胞生物學研究所細胞分析技術平臺，上?？萍即髮W免疫化學研究所影像平臺，中科院深圳先進技術研究院儲軍副研究員，GE Healthcare Life Sciences（上海）、Leica Microsystems（上海）、Nikon instruments （上海）的大力支持。

 

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