中國科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心研究員陳玲玲團(tuán)隊(duì)，系統(tǒng)解析了構(gòu)成核糖體大小亞基的核糖體RNA前體（pre-rRNA）在核仁中的動(dòng)態(tài)成熟過程，發(fā)現(xiàn)核糖體小亞基pre-rRNA的加工效率直接調(diào)控核仁內(nèi)層結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，提出核仁內(nèi)部全新的時(shí)空分布模型，并揭示了該模型在核仁結(jié)構(gòu)與功能之間的協(xié)同關(guān)系。相關(guān)研究7月23日發(fā)表于《自然》。

在真核細(xì)胞中，核仁是生成核糖體RNA（rRNA）的核心“工廠”，其空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜且高度動(dòng)態(tài)。已有研究表明，核仁內(nèi)部精細(xì)劃分為多個(gè)功能區(qū)，從內(nèi)向外依次為纖維中心（FC）、致密纖維組分（DFC）、致密纖維組分外側(cè)區(qū)域（PDFC）和顆粒組分（GC）。這些區(qū)室各司其職，協(xié)同完成pre-rRNA的轉(zhuǎn)錄、加工修飾及核糖體亞基的組裝等關(guān)鍵步驟，最終產(chǎn)生近乎成熟的核糖體大、小亞基，服務(wù)于細(xì)胞生命活動(dòng)。

研究團(tuán)隊(duì)利用超分辨顯微鏡和“追蹤打卡”的研究方式，首次繪制了核糖體RNA在核仁中的精密時(shí)空分布圖譜。分析結(jié)果顯示，核糖體小亞基和大亞基的前體RNA在核仁中以兩條不同的路徑分布。核仁像流水線一樣，將二者分流，分別安排在內(nèi)層的FC-PDFC區(qū)域和外層的PDFC-GC區(qū)域完成加工。

核仁生成rRNA示意圖

研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，小亞基的pre-rRNA加工遲滯，會(huì)觸發(fā)核仁的質(zhì)量控制系統(tǒng)，降低rRNA向外擴(kuò)散的速率，進(jìn)而引發(fā)核仁結(jié)構(gòu)重組，導(dǎo)致內(nèi)層區(qū)域膨脹乃至破裂。核仁內(nèi)層區(qū)域的結(jié)構(gòu)也決定了rRNA的加工效率。在斑馬魚等低等生物中，內(nèi)層區(qū)域較為簡(jiǎn)單；而在人類等高等動(dòng)物中，核仁內(nèi)層區(qū)域演化出了FC-DFC雙層結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)升級(jí)，有效提升了核糖體RNA的加工效率，可能正是為了滿足復(fù)雜生長需求而不斷“分工優(yōu)化”的結(jié)果。

原載于中國科學(xué)報(bào)2025-07-25

作者：江慶齡