上海科学家发现合成核糖体超级工厂的运

如果把镜头向细胞核逐步拉近，一个或两个直径为0.5-5微米的小球会首先映入眼帘。这些没有膜包裹的小球，就是细胞核内最大的特殊结构——核仁。它们身负生成加工核糖体rna和组装核糖体的重任。

再把镜头聚焦到核仁内部，就能看到一条条新生的核糖体rna长链条，如同花瓣一样由内向外绽放。在伸展的过程中，长链被不断加工剪切缩短，并组装到一个个核糖体里。最终，这些核糖体宛如飘散的花瓣一样，被运输到核仁之外，去执行合成蛋白质的任务。

作为合成核糖体的“超级工厂”，核仁究竟有哪些“车间”，不同“车间”是如何运作的？中科院分子细胞科学卓越创新中心陈玲玲研究组通过超高分辨成像，对种蛋白质在核仁内的定位进行了详细研究，发现了一个全新的功能“车间”——致密纤维成分外侧区域（pdfc）及其运作机制。相关论文3月9日在国际学术期刊《自然》杂志发表。

10年努力发现新结构

过去的研究认为“超级工厂”核仁由三部分组成：纤维中心(fc)是核心，由致密纤维组分(dfc)包裹形成更大的球体，多个fc/dfc单元镶嵌在同一颗粒组分(gc)里。

在“超级工厂”里，每个fc/dfc单元就是一个核糖体rna的“加工车间”。每个“加工车间”通过流水线高效联系，将新生的核糖体rna运入gc区域。gc是“超级工厂”的“组装车间”，负责完成核糖体组装。整个“超级工厂”不仅功能复杂重要，各道工序还井然有序，忙而不乱。

作为一名长期深耕于rna前沿领域的科学家，陈玲玲在研究一种长非编码rna时，发现这个rna定位于核仁部位，这个研究年发表在cell期刊上。然而，要想进一步追踪该rna的功能机制，就需要对核仁进行解剖研究，也让陈玲玲第一次将眼光投向了核仁。就是这个无心插柳的科研选择，带来了意想不到的收获，在后续的研究中，不仅逐步解析了核仁的精细结构，还阐明了此长非编码rna的重要功能，这些工作分别发表在molcell和science期刊上。陈玲玲说，这是基础科研的一种乐趣，但也意味着需要付出更多的努力。

在这些基础上，陈玲玲研究组最新成果对组成核仁的多种蛋白质进行了详细的定位和筛选研究。最终，他们有了一个颠覆传统认知的新发现：组成核仁的部分并不只有3个，还有一个新的区域——致密纤维成分外侧区域（pdfc）。这是长达10年的研究、是几代研究生接力奋进的成果。

核仁在显微镜下呈现直径约为0.5-5微米的球状结构。纤维中心(fc)是核心，由致密纤维组分(dfc)包裹形成更大的球体，镶嵌在颗粒组分(gc)里。新发现的pdfc区域包裹在dfc外，是一个直径约为nm，厚度约为nm的核仁亚结构区域。

在显微镜拍下的图片中，被荧光标记为红色的新区域，形成了一个红色的圈，与年公布的人类首张黑洞照片有着惊人的相似。这不过黑洞照片里的黑洞直径约亿公里，而核仁照片中间的“黑洞”只有纳米。

显微镜下的核仁结构与黑洞照片惊人相似。不过核仁照片中的“黑洞”是dfc或者pdfc亚区域，直径只有-nm。

“质检员”

确保核糖体rna准确无误

新区域pdfc在核仁这座“超级工厂”里起到了什么样的作用？陈玲玲研究团队进行了进一步研究，发现这块区域更像是工厂的“质检室”。来自“加工车间”的新生核糖体rna必须经过“质检室”的“盖章认证”，才能进入“组装车间”。其中，一个名叫urb1的蛋白质，是最重要的“质检员”之一，是调控新生核糖体rna尾端折叠和加工的关键。

高分辨率活细胞筛选发现核仁全新特征区域-pdfc

研究发现，urb1蛋白质具有分子量大，流动慢的特征。它仿佛一个体型庞大的“质检员”，“坚守”在pdfc区域，结合来自fc/dfc的新生核糖体rna尾端，与其他因子一起工作，去除末端。

这一过程对于核糖体rna的成熟和核糖体的组装至关重要：末端剪切完成的核糖体rna就会被urb1“质检员”放行，进入gc区域参与下一步核糖体组装；一旦urb1“质检员”消失，核糖体rna就会带着未剪切的尾端涌入gc区域，造成混乱，使得细胞无法正常运作，同时也会引来外切酶体复合物的“镇压”。

pdfc蛋白质urb1调控pre-rrna生成及胚胎发育。

a.12个pdfc蛋白质的超高分辨率细胞成像

b.urb1敲除导致斑马鱼颅骨发育异常

c.urb1缺失导致3’ets异常保留的pre-rrna在核仁内累积

d.urb1缺失激活rna稳态监控系统在核仁发挥活性

在动物实验中，研究人员观察到，缺失了urb1蛋白质的斑马鱼会产生头面部发育的畸形，无法成活。而urb1蛋白质缺失的小鼠胚胎则无法着床，引发早期死亡。陈玲玲表示，在人体中，核仁过于活跃，会导致癌症；核仁不够活跃，则会引发罕见病，如鸟面综合征、脑白质病等罕见病。

“这是一个里程碑式的工作，将在多年内帮助重新定义该领域。”审稿人高度评价了陈玲玲研究组的这项工作。该研究成果多角度剖析了核仁内部的精细结构，发现了一个全新结构，揭示了核仁多层结构与核糖体rna加工、核糖体组装的相互协同作用，为研究核仁的高效运转与质控机制提供了全新的见解，也为核仁组装和在胚胎发育中的潜在影响提供了新的研究思路。

陈玲玲研究团队

上观号作者：上海科技

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