“一个里程碑式的工作”
还记得高中生物教材里的核仁吗？细胞核里那个黑乎乎但看不太真切的东西。核仁就像一座“超级工厂”，负责核糖体RNA的生成加工和核糖体的组装。核仁如此重要，但人们对其大多数蛋白质的精确定位和功能一直不清楚。
这座“超级工厂”究竟是怎么工作的呢？中国科学院分子细胞科学卓越创新中心陈玲玲研究组，通过高分辨成像对200种蛋白质在这座“超级工厂”的定位进行了详细研究，新发现了核仁的一层亚结构区域，不仅更新了教科书里的经典核仁结构，还有望助力其他重要科学问题的解决。2023年3月9日，相关研究论文在国际学术期刊《自然》发表，博士研究生单琳和许光(现为麻省理工学院博士后)为共同第一作者。
【新发现核糖体组装的“质检站”】
核仁在显微镜下呈现直径约为0.5-5微米的球状结构。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。如果说核仁是一座“超级工厂”，每个FC/DFC单元就是一个个“小车间”，每个“小车间”通过流水线，将新生的核糖体RNA运入GC区域，也就是最后统一的“包装站”，完成核糖体组装。
陈玲玲研究组新发现了一层包裹在DFC外的亚结构区域，并将其命名为致密纤维成分外侧区域(PDFC)。也就是说，每个“小车间”内新生的核糖体RNA还需通过PDFC这个“质检站”，才能完成最后的核糖体组装。
这一发现为高中生物教材中那个黑乎乎但看不太真切的核仁增加了更加丰富的细节。
【“质检站”的这一蛋白质，仿佛一个“哨兵”】
研究组进一步发现，“质检站”里的URB1蛋白质，是调控新生核糖体RNA 尾端折叠和加工的关键。它仿佛一个体型庞大的“哨兵”，结合到由“小车间”运输而来的新生核糖体RNA尾端，与其他因子一起工作，去除末端。末端剪切完成的核糖体RNA会被“哨兵”放行，进入“包装站”；一旦“哨兵”消失，核糖体RNA就会带着未剪切的尾端涌入“包装站”，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，无法成活。而URB1蛋白质缺失的小鼠胚胎则无法着床，引发早期死亡。此项研究为核仁在胚胎发育中的潜在影响提供了新的研究思路。
【“这是一个里程碑式的工作”】
“核糖体是细胞中合成蛋白质的一个机器，从这个意义上讲，核仁也是控制细胞增殖的源头。”陈玲玲介绍，如果核仁过于活跃，会产生癌症，因此核仁一直是用来靶向肿瘤治疗的广谱靶点。如果核仁功能太弱，则会引发一些罕见病，比如鸟面综合征，患者有着类似小鸟样的脸；再比如脑白质病变，患者颅腔内钙化和囊变等。对于核仁的深入研究，将助力许多其他重要科学问题的解决。
审稿人认为，“这是一个里程碑式的工作!将在多年内帮助重新定义该领域”“解决了重要科学问题”“将引起结构生物学、RNA生物学和细胞生物学等领域广泛关注”。
原载于上观新闻 2023年3月9日
作者：黄海华
