7月23日深夜，當(dāng)中國科學(xué)院分子細(xì)胞卓越創(chuàng)新中心陳玲玲研究員研究組的最新研究成果剛剛在線發(fā)表于《自然》一小時后，她就收到了一封來自美國哈佛大學(xué)學(xué)者的電子郵件。在郵件里，學(xué)者祝賀陳玲玲取得了“一個極為重要的基礎(chǔ)研究新突破”，并指出該成果對于造血干細(xì)胞等研究領(lǐng)域的重要啟示作用。

陳玲玲研究組的這項最新研究成果，首次繪制了核糖體RNA在核仁中的精密時空分布圖譜，并以此為基礎(chǔ)揭示了核仁內(nèi)部的組織架構(gòu)及其高效運行的奧秘?！盎A(chǔ)研究是科技創(chuàng)新的源頭活水。正如CRISPR基因編輯工具的誕生源自科學(xué)家對原核生物的研究?！标惲崃嵴f，“隨著新技術(shù)應(yīng)用，我們對于核仁、核糖體RNA的認(rèn)識也在不斷加深，希望最終能轉(zhuǎn)化為治療相關(guān)疾病的新手段?！?/p>

從模糊到清晰，逐步看清核仁“加工廠”真容

核仁，位于細(xì)胞核里的“加工廠”。它通過精細(xì)劃分的多個功能“廠區(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)完成高效的核糖體合成與組裝任務(wù)，服務(wù)于細(xì)胞生命活動。一旦這個“加工廠”運作失衡，身體就會出現(xiàn)問題：“加工速度”過快，會導(dǎo)致癌癥；“加工速度”過慢，會導(dǎo)致鳥面綜合征、貧血等核糖體疾病。

過去，由于技術(shù)限制，核仁“加工廠”的面貌一直模糊不清，人們對于核糖體RNA的空間“加工”流程也缺乏了解。此前研究認(rèn)為，核糖體RNA在核仁內(nèi)層的FC“廠區(qū)”和DFC“廠區(qū)”先完成配料準(zhǔn)備，然后統(tǒng)一輸送到外層的GC“廠區(qū)”進行組裝。

如今，隨著多學(xué)科交叉技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用，核仁“加工廠”的真容開始顯現(xiàn)?！霸诔直媛曙@微鏡下，直徑只有600納米的核仁DFC層，與人類拍到的首張黑洞照片形態(tài)非常相似?！标惲崃犷H有感悟地說，“在我看來，無論是極宏觀尺度的黑洞，還是極微觀尺度的核仁，它們不僅有著高度相似的結(jié)構(gòu)圖像，還有著相似的科研探索歷程?！?/p>

在過去十多年里，陳玲玲研究組持續(xù)聚焦核仁結(jié)構(gòu)和核糖體RNA加工機制研究，采用創(chuàng)新交叉技術(shù)，一步步接近并揭開核仁真相。除了借助分辨率大幅度提升的顯微成像技術(shù)，研究組還不斷優(yōu)化RNA分子標(biāo)記技術(shù)，給RNA貼上了越來越精準(zhǔn)的標(biāo)簽，從單分子尺度到單堿基尺度，使得研究人員能在空間和時間維度上“看得清”“看得準(zhǔn)”。

比想象更智能，核仁“加工廠”分工明確

在看清核仁“加工廠”的結(jié)構(gòu)全貌后，陳玲玲研究組進一步解析了核糖體RNA的空間加工過程。研究組通過首次繪制核糖體RNA在核仁中的精密時空分布圖譜發(fā)現(xiàn)，核仁“加工廠”有著精巧的“流水線”設(shè)計：核糖體小亞基和大亞基的前體RNA在核仁中以兩條不同的“流水線”加工，分別安排在內(nèi)層的FC- PDFC“廠區(qū)”和外層的PDFC-GC“廠區(qū)”。

進一步通過生理條件檢測和干預(yù)實驗雙重驗證，研究人員發(fā)現(xiàn)，小亞基的前體RNA加工遲滯，會觸發(fā)核仁的質(zhì)量控制系統(tǒng)，降低核糖體RNA的向外擴散速率，進而引發(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)域較為簡單；而在人類等高等動物中，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，有效提升了核糖體RNA的加工效率。核仁結(jié)構(gòu)的進化，可能正是為了滿足復(fù)雜生長需求而不斷“分工優(yōu)化”的結(jié)果。

這些新發(fā)現(xiàn)揭示了核仁結(jié)構(gòu)與功能之間的協(xié)同關(guān)系，核仁如同一個智能工廠合理分區(qū)才能保障運作流暢，最終實現(xiàn)高效準(zhǔn)確的生產(chǎn)。通過解析核糖體RNA的成熟過程，陳玲玲團隊提出了全新的時空分布模型，并揭示該模型在核仁多層結(jié)構(gòu)組織中的重要功能，為進一步探究核糖體相關(guān)疾病的發(fā)生機制及開發(fā)潛在干預(yù)策略提供了基礎(chǔ)。

原載于上海科技報2025-07-24

作者：耿挺