“一個里程碑式的工作”

　　還記得高中生物教材里的核仁嗎？細(xì)胞核里那個黑乎乎但看不太真切的東西。核仁就像一座“超級工廠”，負(fù)責(zé)核糖體RNA的生成加工和核糖體的組裝。核仁如此重要，但人們對其大多數(shù)蛋白質(zhì)的精確定位和功能一直不清楚。

　　這座“超級工廠”究竟是怎么工作的呢？中國科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心陳玲玲研究組，通過高分辨成像對200種蛋白質(zhì)在這座“超級工廠”的定位進行了詳細(xì)研究，新發(fā)現(xiàn)了核仁的一層亞結(jié)構(gòu)區(qū)域，不僅更新了教科書里的經(jīng)典核仁結(jié)構(gòu)，還有望助力其他重要科學(xué)問題的解決。2023年3月9日，相關(guān)研究論文在國際學(xué)術(shù)期刊《自然》發(fā)表，博士研究生單琳和許光(現(xiàn)為麻省理工學(xué)院博士后)為共同第一作者。

【新發(fā)現(xiàn)核糖體組裝的“質(zhì)檢站”】

　　核仁在顯微鏡下呈現(xiàn)直徑約為0.5-5微米的球狀結(jié)構(gòu)。過去的研究認(rèn)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。如果說核仁是一座“超級工廠”，每個FC/DFC單元就是一個個“小車間”，每個“小車間”通過流水線，將新生的核糖體RNA運入GC區(qū)域，也就是最后統(tǒng)一的“包裝站”，完成核糖體組裝。

　　陳玲玲研究組新發(fā)現(xiàn)了一層包裹在DFC外的亞結(jié)構(gòu)區(qū)域，并將其命名為致密纖維成分外側(cè)區(qū)域(PDFC)。也就是說，每個“小車間”內(nèi)新生的核糖體RNA還需通過PDFC這個“質(zhì)檢站”，才能完成最后的核糖體組裝。

　　這一發(fā)現(xiàn)為高中生物教材中那個黑乎乎但看不太真切的核仁增加了更加豐富的細(xì)節(jié)。

【“質(zhì)檢站”的這一蛋白質(zhì)，仿佛一個“哨兵”】

　　研究組進一步發(fā)現(xiàn)，“質(zhì)檢站”里的URB1蛋白質(zhì)，是調(diào)控新生核糖體RNA 尾端折疊和加工的關(guān)鍵。它仿佛一個體型龐大的“哨兵”，結(jié)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。末端剪切完成的核糖體RNA會被“哨兵”放行，進入“包裝站”；一旦“哨兵”消失，核糖體RNA就會帶著未剪切的尾端涌入“包裝站”，造成混亂，使得細(xì)胞無法正常運作，同時也會引來外切酶體復(fù)合物的“鎮(zhèn)壓”。

　　在動物實驗中，研究人員觀察到，缺失了URB1蛋白質(zhì)的斑馬魚會產(chǎn)生頭面部發(fā)育的畸形，無法成活。而URB1蛋白質(zhì)缺失的小鼠胚胎則無法著床，引發(fā)早期死亡。此項研究為核仁在胚胎發(fā)育中的潛在影響提供了新的研究思路。

【“這是一個里程碑式的工作”】

　　“核糖體是細(xì)胞中合成蛋白質(zhì)的一個機器，從這個意義上講，核仁也是控制細(xì)胞增殖的源頭。”陳玲玲介紹，如果核仁過于活躍，會產(chǎn)生癌癥，因此核仁一直是用來靶向腫瘤治療的廣譜靶點。如果核仁功能太弱，則會引發(fā)一些罕見病，比如鳥面綜合征，患者有著類似小鳥樣的臉；再比如腦白質(zhì)病變，患者顱腔內(nèi)鈣化和囊變等。對于核仁的深入研究，將助力許多其他重要科學(xué)問題的解決。

　　審稿人認(rèn)為，“這是一個里程碑式的工作!將在多年內(nèi)幫助重新定義該領(lǐng)域”“解決了重要科學(xué)問題”“將引起結(jié)構(gòu)生物學(xué)、RNA生物學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)等領(lǐng)域廣泛關(guān)注”。

　　原載于上觀新聞 2023年3月9日

　　作者：黃海華