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科学家发现核糖体RNA“超级工厂”运行新机制

时间:2023-03-10 13:01:30       来源:今日科学

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《自然》发表论文,对核仁内蛋白质进行定位筛选,通过超高分辨成像对200种蛋白质在这个“超级工厂”内的运行机制进行了详细阐述。

核仁是细胞核里有着重要功能的特殊结构,在显微镜下呈现直径约0.5~5微米的球状结构。核仁负责核糖体RNA的生成加工和核糖体的组装,在球状结构内部产生长链状新生核糖体RNA,在蛋白质的帮助下,这些新生核糖体RNA在向外运输过程中,被不断加工剪切,一步步完成核糖体组装。核糖体再把RNA翻译转变为蛋白质。

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。


(相关资料图)

“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。”陈玲玲介绍说。

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”是如何协同起来发挥作用,由内向外加工新生核糖体RNA和组装核糖体的呢?

研究人员在核仁的三层结构基础上,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PDFC这个“监测站”才能完成最后的核糖体组装。

进一步研究发现定位于PDFC“监测站”的URB1蛋白质是调控新生核糖体RNA 尾端折叠和加工的关键。URB1蛋白质具有分子量大,流动慢的特征。它像一个体型庞大的“哨兵”,“看守”在PDFC区域,结合在FC/DFC“小车间”运输来的新生核糖体RNA尾端,与其他因子一起工作。

该过程对核糖体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”。

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,甚至无法存活。而URB1蛋白质缺失的小鼠胚胎则无法着床,引发早期死亡。

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PDFC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的见解,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。(来源:中国科学报 张双虎 黄辛)

相关论文信息: https://doi.org/10.1038/s41586-023-05767-5

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