7月23日深夜，当中国科学院分子细胞卓越创新中心陈玲玲研究员研究组的最新研究成果刚刚在线发表于《自然》一小时后，她就收到了一封来自美国哈佛大学学者的电子邮件。在邮件里，学者祝贺陈玲玲取得了“一个极为重要的基础研究新突破”，并指出该成果对于造血干细胞等研究领域的重要启示作用。
陈玲玲研究组的这项最新研究成果，首次绘制了核糖体RNA在核仁中的精密时空分布图谱，并以此为基础揭示了核仁内部的组织架构及其高效运行的奥秘。“基础研究是科技创新的源头活水。正如CRISPR基因编辑工具的诞生源自科学家对原核生物的研究。”陈玲玲说，“随着新技术应用，我们对于核仁、核糖体RNA的认识也在不断加深，希望最终能转化为治疗相关疾病的新手段。”
从模糊到清晰，逐步看清核仁“加工厂”真容
核仁，位于细胞核里的“加工厂”。它通过精细划分的多个功能“厂区”，协同调度着核糖体RNA的合成和加工流程，从而协调完成高效的核糖体合成与组装任务，服务于细胞生命活动。一旦这个“加工厂”运作失衡，身体就会出现问题：“加工速度”过快，会导致癌症；“加工速度”过慢，会导致鸟面综合征、贫血等核糖体疾病。
过去，由于技术限制，核仁“加工厂”的面貌一直模糊不清，人们对于核糖体RNA的空间“加工”流程也缺乏了解。此前研究认为，核糖体RNA在核仁内层的FC“厂区”和DFC“厂区”先完成配料准备，然后统一输送到外层的GC“厂区”进行组装。
如今，随着多学科交叉技术的开发与应用，核仁“加工厂”的真容开始显现。“在超分辨率显微镜下，直径只有600纳米的核仁DFC层，与人类拍到的首张黑洞照片形态非常相似。”陈玲玲颇有感悟地说，“在我看来，无论是极宏观尺度的黑洞，还是极微观尺度的核仁，它们不仅有着高度相似的结构图像，还有着相似的科研探索历程。”
在过去十多年里，陈玲玲研究组持续聚焦核仁结构和核糖体RNA加工机制研究，采用创新交叉技术，一步步接近并揭开核仁真相。除了借助分辨率大幅度提升的显微成像技术，研究组还不断优化RNA分子标记技术，给RNA贴上了越来越精准的标签，从单分子尺度到单碱基尺度，使得研究人员能在空间和时间维度上“看得清”“看得准”。
比想象更智能，核仁“加工厂”分工明确
在看清核仁“加工厂”的结构全貌后，陈玲玲研究组进一步解析了核糖体RNA的空间加工过程。研究组通过首次绘制核糖体RNA在核仁中的精密时空分布图谱发现，核仁“加工厂”有着精巧的“流水线”设计：核糖体小亚基和大亚基的前体RNA在核仁中以两条不同的“流水线”加工，分别安排在内层的FC- PDFC“厂区”和外层的PDFC-GC“厂区”。
进一步通过生理条件检测和干预实验双重验证，研究人员发现，小亚基的前体RNA加工迟滞，会触发核仁的质量控制系统，降低核糖体RNA的向外扩散速率，进而引发核仁结构重组，导致内层区域膨胀乃至破裂。
核仁内层区域的结构也决定了核糖体RNA的加工效率。在斑马鱼等低等生物中，内层区域较为简单；而在人类等高等动物中，核仁内层区域演化出了FC-DFC双层结构。这种结构升级，有效提升了核糖体RNA的加工效率。核仁结构的进化，可能正是为了满足复杂生长需求而不断“分工优化”的结果。
这些新发现揭示了核仁结构与功能之间的协同关系，核仁如同一个智能工厂合理分区才能保障运作流畅，最终实现高效准确的生产。通过解析核糖体RNA的成熟过程，陈玲玲团队提出了全新的时空分布模型，并揭示该模型在核仁多层结构组织中的重要功能，为进一步探究核糖体相关疾病的发生机制及开发潜在干预策略提供了基础。
原载于上海科技报2025-07-24
作者：耿挺
