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2023-03-10 10:14:49
我國科學家發現核糖體RNA“超級工廠”運行新機制
2023-03-10 10:14:49 來源: 科技日報
核仁是細胞核里有著重要功能的無膜特殊結構，負責核糖體RNA的生成加工和核糖體的組裝，在顯微鏡下呈現直徑約為0.5-5微米的球狀結構。而核糖體的功能是把RNA翻譯轉變為蛋白質，為生命所必需。
(資料圖片僅供參考)
3月9日，中國科學院分子細胞科學卓越創新中心陳玲玲研究組在國際學術期刊《自然》上發表的研究論文對核仁內的蛋白質進行了定位篩選，通過超高分辨成像對200種蛋白質在這個“超級工廠”內的定位進行了詳細研究。
過去的研究認為，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系，將新生的核糖體RNA運入GC區域，也就是最后的統一“包裝站”，完成核糖體組裝，功能復雜而又重要。
核仁如此重要，但核仁內大多數蛋白質的精確定位和功能尚不清楚。這個“超級工廠”是如何將自己復雜的結構協同起來一起發揮作用，由內向外加工新生核糖體RNA和組裝核糖體的呢?
陳玲玲研究組在核仁原本的三層結構基礎上又發現了一層包裹在DFC外的新球殼狀區域，并將其命名為“致密纖維成分外側區域”(PDFC)。也就是說每個FC/DFC“小車間”內新生的核糖體RNA還需要通過致密纖維成分外側區域這個“監測站”才能完成最后的核糖體組裝。
進一步的研究發現，定位于“監測站”的URB1蛋白質具有分子量大，流動慢的特征，是調控新生核糖體RNA?尾端折疊和加工的關鍵。陳玲玲打比方說，URB1蛋白質仿佛一個體型龐大的“哨兵”，“看守”在監測站區域，結合到由“小車間”運輸而來的新生核糖體RNA尾端，與其他因子一起工作，去除末端。該過程對于核糖體RNA的成熟和核糖體的組裝至關重要。
“末端剪切完成的核糖體RNA就會被URB1‘哨兵’放行，進入GC區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區域，造成混亂，使得細胞無法正常運作，同時也會引來外切酶體復合物的‘鎮壓’。”陳玲玲進一步解釋。
在動物實驗中，研究人員觀察到，缺失了URB1蛋白質的斑馬魚會產生頭面部發育的畸形，無法成活。而URB1蛋白質缺失的小鼠胚胎則無法著床，引發早期死亡。
核仁蛋白質協同核仁精細結構與pre-rRNA加工的新機制。中國科學院分子細胞科學卓越創新中心 供圖
此項研究工作多角度剖析了核仁這個“超級工廠”內部的精細結構，發現了致密纖維組分外側區域這一全新結構，通過解析其中URB1的功能，揭示了核仁多層結構與核糖體RNA加工、核糖體組裝的相互協同作用，為研究核仁作為核糖體RNA“加工廠”的高效運轉與質控機制提供了全新見解，也為核仁組裝和在胚胎發育中的潛在影響提供了新的研究思路。
研究工作得到中科院、國家自然科學基金、科技部和上海市科委等的經費資助，并獲得分子細胞卓越中心細胞分析技術平臺、斑馬魚技術平臺、分子生物學技術平臺和浙江大學良渚實驗室的支持。
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