3月9日，中國科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心陳玲玲研究組在《自然》發(fā)表論文，對核仁內(nèi)蛋白質(zhì)進(jìn)行定位篩選，通過超高分辨成像對200種蛋白質(zhì)在這個“超級工廠”內(nèi)的運(yùn)行機(jī)制進(jìn)行了詳細(xì)闡述。

　　核仁是細(xì)胞核里有著重要功能的特殊結(jié)構(gòu)，在顯微鏡下呈現(xiàn)直徑約0.5~5微米的球狀結(jié)構(gòu)。核仁負(fù)責(zé)核糖體RNA的生成加工和核糖體的組裝，在球狀結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生長鏈狀新生核糖體RNA，在蛋白質(zhì)的幫助下，這些新生核糖體RNA在向外運(yùn)輸過程中，被不斷加工剪切，一步步完成核糖體組裝。核糖體再把RNA翻譯轉(zhuǎn)變?yōu)榈鞍踪|(zhì)。

　　過去的研究認(rèn)為，核仁由三部分組成：纖維中心(FC)是核心，由致密纖維組分(DFC)包裹形成更大的球體，多個FC/DFC單元鑲嵌在同一顆粒組分(GC)里。

　　“通俗地講，核仁就像‘超級工廠’一樣，每個FC/DFC單元就是一個‘小車間’，每個‘小車間’又通過流水線高效聯(lián)系，將新生的核糖體RNA運(yùn)入GC區(qū)域，也就是最后的統(tǒng)一‘包裝站’，完成核糖體組裝?！标惲崃峤榻B說。

　　核仁如此重要，但核仁內(nèi)大多數(shù)蛋白質(zhì)的精確定位和功能尚不清楚。這個“超級工廠”是如何協(xié)同起來發(fā)揮作用，由內(nèi)向外加工新生核糖體RNA和組裝核糖體的呢?

　　研究人員在核仁的三層結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，又發(fā)現(xiàn)了一層包裹在DFC外的新球殼狀區(qū)域，并將其命名為致密纖維成分外側(cè)區(qū)域(PDFC)。也就是說每個FC/DFC“小車間”內(nèi)新生的核糖體RNA還需要通過PDFC這個“監(jiān)測站”才能完成最后的核糖體組裝。

　　進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)定位于PDFC“監(jiān)測站”的URB1蛋白質(zhì)是調(diào)控新生核糖體RNA 尾端折疊和加工的關(guān)鍵。URB1蛋白質(zhì)具有分子量大，流動慢的特征。它像一個體型龐大的“哨兵”，“看守”在PDFC區(qū)域，結(jié)合在FC/DFC“小車間”運(yùn)輸來的新生核糖體RNA尾端，與其他因子一起工作。

　　該過程對核糖體RNA的成熟和核糖體的組裝至關(guān)重要：末端剪切完成的核糖體RNA就會被URB1“哨兵”放行，進(jìn)入GC區(qū)域參與下一步核糖體組裝;一旦URB1“哨兵”消失，核糖體RNA就會帶著未剪切的尾端涌入GC區(qū)域，造成混亂，使得細(xì)胞無法正常運(yùn)作，同時也會引來外切酶體復(fù)合物的“鎮(zhèn)壓”。

　　在動物實(shí)驗(yàn)中，研究人員觀察到，缺失了URB1蛋白質(zhì)的斑馬魚會產(chǎn)生頭面部發(fā)育的畸形，甚至無法存活。而URB1蛋白質(zhì)缺失的小鼠胚胎則無法著床，引發(fā)早期死亡。

　　此項研究工作多角度剖析了核仁這個“超級工廠”內(nèi)部的精細(xì)結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)了PDFC這一全新結(jié)構(gòu)，通過解析其中URB1的功能，揭示了核仁多層結(jié)構(gòu)與核糖體RNA加工、核糖體組裝的相互協(xié)同作用，為研究核仁作為核糖體RNA“加工廠”的高效運(yùn)轉(zhuǎn)與質(zhì)控機(jī)制提供了全新的見解，也為核仁組裝和在胚胎發(fā)育中的潛在影響提供了新的研究思路。

　　原載于中國科學(xué)報 2023年3月9日

　　作者：張雙虎 黃辛