在生物體內(nèi)的每個細胞中，核仁都是那個最繁忙的“工廠”。這是一個高度有序、結(jié)構(gòu)分明的加工中心，通過精細劃分的多個功能區(qū)，協(xié)同調(diào)度核糖體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)于細胞生命活動。

核仁內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能如何相互適應(yīng)？復(fù)雜的核糖體RNA加工成熟過程為何如此高效？北京時間7月23日，一項來自上海研究團隊的研究成果在國際學(xué)術(shù)期刊《自然》發(fā)表，揭示了核仁內(nèi)部的組織架構(gòu)及其高效運行的奧秘。

中國科學(xué)院分子細胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心陳玲玲團隊用超分辨顯微鏡和“追蹤打卡”的方式，首次繪制了核糖體RNA在核仁中的精密時空分布圖譜，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。核仁像流水線一樣將二者分流，分別安排在內(nèi)層的FC-PDFC區(qū)域和外層的PDFC-GC區(qū)域完成加工。

核糖體小亞基與大亞基pre-RNAs在核仁中具有時空分離的加工模式。 中國科學(xué)院分子細胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心 供圖

通過實際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。

pre-rRNA加工與核仁高級結(jié)構(gòu)協(xié)同調(diào)控以相應(yīng)不同細胞狀態(tài)需求

這項研究揭示了核仁結(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)高效準確的生產(chǎn)。該研究通過解析核糖體RNA的成熟過程，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。

據(jù)悉，核仁功能異常可能會導(dǎo)致特雷徹·柯林斯綜合征、先天性純紅細胞再生障礙性貧血等核糖體疾病。該研究拓展了人們對核仁空間功能組織模式的理解，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)。