生物體內(nèi)的每個(gè)細(xì)胞中都存在著許多像“工廠”一樣的結(jié)構(gòu)，而核仁是其中最繁忙的一個(gè)。它是一個(gè)高度有序、結(jié)構(gòu)分明的加工中心。核仁通過(guò)精細(xì)劃分的多個(gè)功能區(qū)，協(xié)同調(diào)度著核糖體RNA的合成和加工流程，從而協(xié)調(diào)完成高效的核糖體組裝任務(wù)，服務(wù)于細(xì)胞生命活動(dòng)。

北京時(shí)間7月23日，國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》發(fā)表了中國(guó)科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心陳玲玲研究團(tuán)隊(duì)的一項(xiàng)最新研究成果，揭示了核仁內(nèi)部的組織架構(gòu)及其高效運(yùn)行的奧秘。

論文第一作者、分子細(xì)胞卓越中心陳玲玲研究組博士生潘宇航介紹，團(tuán)隊(duì)用超分辨顯微鏡和“追蹤打卡”的研究方式，首次繪制了核糖體RNA在核仁中的精密時(shí)空分布圖譜，揭示了核糖體小亞基和大亞基的前體RNA在核仁中以兩條不同的路徑分布。

“核仁內(nèi)部可以將它分成多個(gè)不同的小的車間，它是一個(gè)大的工廠，但是核糖體RNA的成熟，傳統(tǒng)認(rèn)為它是一起轉(zhuǎn)錄出來(lái)之后核仁最外層的一個(gè)車間完成加工的，但是我們發(fā)現(xiàn)，核糖體大小亞基是分別在核仁內(nèi)部不同的車間完成加工的，利用這樣一個(gè)多層的空間結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)它的一個(gè)快速且高效率的加工過(guò)程。”

進(jìn)一步通過(guò)生理?xiàng)l件檢測(cè)和干預(yù)實(shí)驗(yàn)雙重驗(yàn)證，研究人員發(fā)現(xiàn)，小亞基的前體RNA加工遲滯，會(huì)觸發(fā)核仁的質(zhì)量控制系統(tǒng)，降低核糖體RNA的向外擴(kuò)散速率，進(jìn)而引發(fā)核仁結(jié)構(gòu)重組，導(dǎo)致內(nèi)層區(qū)域膨脹乃至破裂。

核仁內(nèi)層區(qū)域的結(jié)構(gòu)也決定了核糖體RNA的加工效率。在斑馬魚等低等生物中，內(nèi)層區(qū)域較為簡(jiǎn)單；而在人類等高等動(dòng)物中，核仁內(nèi)層區(qū)域演化出了FC-DFC雙層結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)升級(jí)，有效提升了核糖體RNA的加工效率。核仁結(jié)構(gòu)的進(jìn)化，可能正是為了滿足復(fù)雜生長(zhǎng)需求而不斷“分工優(yōu)化”的結(jié)果。

這項(xiàng)研究揭示了核仁結(jié)構(gòu)與功能之間的協(xié)同關(guān)系。核仁如同一個(gè)智能工廠，合理分區(qū)才能保障運(yùn)作流暢，最終實(shí)現(xiàn)高效準(zhǔn)確的生產(chǎn)。該研究通過(guò)解析核糖體RNA的成熟過(guò)程，提出了全新的時(shí)空分布模型，并揭示該模型在核仁多層結(jié)構(gòu)組織中的重要功能。論文第一作者、復(fù)旦大學(xué)生物醫(yī)學(xué)研究院博士生張宇瑤說(shuō)，這項(xiàng)基礎(chǔ)研究的成果有望為藥物研發(fā)提供理論支撐：

“核糖體它本身的產(chǎn)生是生命中非常一個(gè)基礎(chǔ)的過(guò)程，它是蛋白質(zhì)的加工合成場(chǎng)所，那么它前面在核仁中的加工就非常重要，很多研究癌癥的也會(huì)從核糖體產(chǎn)生的角度去探索這樣的一些課題。那么我們提供了這樣的一個(gè)技術(shù)手段的話，很多的疾病治療上可以從根源上去產(chǎn)生一定的影響。這一項(xiàng)的成果我們已經(jīng)在申請(qǐng)專利。”

核糖核酸(RNA)是生命活動(dòng)不可或缺的一類生物大分子。圍繞RNA結(jié)構(gòu)、代謝、功能、調(diào)控與應(yīng)用的研究是一項(xiàng)從本源上揭示復(fù)雜生命現(xiàn)象本質(zhì)的科學(xué)研究，是生命科學(xué)領(lǐng)域的核心研究任務(wù)之一。針對(duì)RNA的深入研究不僅面向世界科技前沿、具有重要的科學(xué)意義，而且對(duì)面向人民生命健康和生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展,具有重大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值。分子細(xì)胞卓越中心陳玲玲團(tuán)隊(duì)從2011年建組至今始終聚焦RNA開展基礎(chǔ)研究。論文第一作者、分子細(xì)胞卓越中心陳玲玲研究組博士后單琳說(shuō)，今年1月，分子細(xì)胞卓越中心核糖核酸功能與應(yīng)用全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室正式獲科技部批準(zhǔn)啟動(dòng)建設(shè)。

“它其實(shí)是全國(guó)唯一的RNA分子國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)，包括了好多不同的課題組，針對(duì)于RNA不同的研究方向來(lái)組成的。我們陳老師帶領(lǐng)的這個(gè)平臺(tái)，有很多前期的積累，不管是環(huán)形RNA的研究和治療，包括現(xiàn)在研究的核糖體RNA的研究和治療和其他mRNA的治療上,我們都是在全球處于一個(gè)領(lǐng)先的地位?！?/p>

原載于上海人民廣播電臺(tái)2025-07-24

作者：李雪梅