9月17日，國際學術期刊Molecular Cell在線發(fā)表了中國科學院分子細胞科學卓越創(chuàng)新中心（生物化學與細胞生物學研究所）陳玲玲研究組關于核仁結構以及新生成核糖體RNA前體（pre-rRNA）定向轉運的最新研究進展：“Nascent Pre-rRNA Sorting via Phase Separation Drives the Assembly of Dense Fibrillar Components in the Human Nucleolus”該研究通過多種先進成像技術結合生化手段，揭示了核仁的超微三維結構，首次提出了相分離促進新生成pre-rRNA定向轉運的模型，并發(fā)現(xiàn)了新生成pre-rRNA定向轉運過程可以促進核仁致密纖維組分的組裝。

 

        核仁是細胞核內(nèi)最為重要的無膜細胞核亞結構，主要承擔了核糖體RNA的轉錄、加工以及核糖體組裝的功能，并在調(diào)控細胞增殖、細胞有絲分裂、響應細胞應激反應中起著重要的作用?；陔娮语@微鏡的觀察，核仁中含有FC，DFC以及GC三個獨立的核仁亞區(qū)域，并認為核仁的層級結構是核糖體RNA轉錄與加工高度偶聯(lián)的結果。2017年，陳玲玲研究團隊在核仁內(nèi)發(fā)現(xiàn)了名為SLERT的長非編碼RNA可以通過調(diào)控DDX21環(huán)狀結構，從而調(diào)控核糖體RNA的轉錄（Cell，2017）。然而由于核仁致密的結構以及高電子密度的特性，核仁亞區(qū)域的精細結構，核糖體RNA的轉錄位置以及核糖體RNA被轉錄后如何進入DFC區(qū)域進行后續(xù)的加工尚不清楚。

       

        在這項最新的研究當中，研究人員利用多種超高分辨率顯微技術，在人類活細胞當中解析了核仁的超微分辨結構，首次觀察到了活躍NORs內(nèi)的處于活躍與非活躍狀態(tài)的兩種rDNA，發(fā)現(xiàn)了DFC區(qū)域是非均一結構而是由18-24個簇狀結構組成。同時，研究人員利用超高分辨率顯微鏡在細胞原位確定了rDNA轉錄位點、rRNA前體的精細定位，以及rRNA前體在FC/DFC轉錄單元內(nèi)具有快速定向轉運的特性。進一步，研究人員通過篩選，結合生化手段與成像，發(fā)現(xiàn)核仁蛋白Fibrillarin（FBL）在新生成rRNA前體轉運至DFC這一過程中起到了關鍵性的作用。進一步研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)BL蛋白中內(nèi)在無序區(qū)域（IDR）的長度決定了FBL自相關強度，并直接影響了FBL對rRNA前體的定向轉運能力。總體而言，GAR結構域中FBL中的IDR越長，F(xiàn)BL的自相關特性越強，對rRNA前體的分選能力也越強，并提出由蛋白IDR介導的自相關特性可以促進相分離，從而促進rRNA從其轉錄位點定向轉運進入DFC區(qū)域進行加工這一概念，為RNA定位調(diào)控機制的研究提供了新的思路。更重要的是，研究首次提出rRNA定向轉運過程可以促進核仁DFC區(qū)域的組裝。事實上，除核仁外細胞內(nèi)還存在大量的無膜細胞亞結構，該發(fā)現(xiàn)也提示類似的機制也可能參與了細胞內(nèi)其它無膜細胞亞結構的組裝。

 

        生化與細胞所博士生姚潤文與博士生許光為共同第一作者，陳玲玲研究員為通訊作者。該研究受到了中科院上海營養(yǎng)與健康研究所楊力研究組，中科院植物生理生態(tài)研究所公共技術服務中心、國家蛋白質(zhì)科學中心（上海）復合激光顯微成像系統(tǒng)、中科院上海生物化學與細胞生物學研究所細胞分析技術平臺，上?？萍即髮W免疫化學研究所影像平臺，中科院深圳先進技術研究院儲軍副研究員，GE Healthcare Life Sciences（上海）、Leica Microsystems（上海）、Nikon instruments （上海）的大力支持。

 

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