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研究揭示核仁腔的組成和調(diào)控機(jī)制
 作者：王敏 來(lái)源：中國(guó)科學(xué)報(bào)
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中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授光壽紅、研究員馮雪竹團(tuán)隊(duì)以模式生物秀麗隱桿線蟲(chóng)為模型，首次揭示了核仁腔中含有大量的核質(zhì)蛋白以及核糖體RNA中間體參與核仁腔的調(diào)控。該研究填補(bǔ)了學(xué)界對(duì)核仁腔的認(rèn)知空白，推動(dòng)了對(duì)于核仁形態(tài)調(diào)控的研究。相關(guān)成果日前發(fā)表于《細(xì)胞報(bào)導(dǎo)》。
核仁是由核糖體DNA、RNA和蛋白質(zhì)交織在一起的復(fù)雜多層凝聚體，從內(nèi)到外依次分布著纖維中心、致密纖維成分、致密纖維成分外圍和顆粒成分四個(gè)亞區(qū)室。除此之外，各種動(dòng)植物細(xì)胞的核仁中，還廣泛存在一個(gè)與上述四個(gè)區(qū)室迥然不同的保守亞區(qū)室——核仁腔。
1898年，美國(guó)科學(xué)家Montgomery等人在用顯微鏡觀察軟體動(dòng)物生發(fā)泡時(shí)，在核仁里發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新的結(jié)構(gòu)，他們將其命名為核仁腔。然而，在隨后的一百多年里，研究者對(duì)它的組成成分、調(diào)控機(jī)制和功能的認(rèn)識(shí)仍然十分有限。
此次研究中，課題組通過(guò)微分干涉相差顯微鏡和熒光顯微鏡，在野生型秀麗隱桿線蟲(chóng)的細(xì)胞核仁中觀察到核仁腔的存在，并發(fā)現(xiàn)核仁腔具有組織特異性和發(fā)育時(shí)期特異性的特點(diǎn)。
隨后，通過(guò)對(duì)一系列熒光蛋白標(biāo)記的細(xì)胞核和核仁定位蛋白質(zhì)的觀察，發(fā)現(xiàn)核仁腔的組分有別于已知的核仁亞區(qū)，其并不包含定位于核仁的核糖體RNA轉(zhuǎn)錄和加工因子，而是儲(chǔ)存了大量的核質(zhì)定位蛋白。
最后，通過(guò)大規(guī)模的反向遺傳學(xué)篩選，發(fā)現(xiàn)了核糖體大亞基加工和組裝蛋白的異常會(huì)誘導(dǎo)核仁腔的形成，而核糖體小亞基加工和組裝的異常則不會(huì)導(dǎo)致核仁腔的生成。
進(jìn)一步地實(shí)驗(yàn)證明，核仁腔的形成伴隨著27SA2核糖體RNA的顯著富集。而喂食線蟲(chóng)RNA轉(zhuǎn)錄抑制劑放線菌素D可以有效地抑制27SA2核糖體RNA的富集，同時(shí)抑制核仁腔的形成。最后，該研究還解析了27SA2核糖體RNA調(diào)控核仁腔形成的遺傳學(xué)通路，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)保守的RNA結(jié)合蛋白FIB-1和NUCL-1在27SA2核糖體RNA的下游，參與核仁腔的形成。
據(jù)悉，該課題組長(zhǎng)期專注于核仁的基因表達(dá)調(diào)控和結(jié)構(gòu)維持，相繼發(fā)現(xiàn)核仁應(yīng)激導(dǎo)致的錯(cuò)誤核糖體RNA的積累會(huì)誘導(dǎo)反義核糖體小干擾RNA形成和激活核仁核糖核酸干擾通路；發(fā)現(xiàn)應(yīng)激會(huì)導(dǎo)致核仁蛋白的錯(cuò)誤轉(zhuǎn)位。
此次研究進(jìn)一步指出，應(yīng)激導(dǎo)致的核糖體RNA中間體的積累還會(huì)影響核仁的結(jié)構(gòu)維持。這些工作表明了核仁調(diào)控在生物學(xué)過(guò)程中的高度復(fù)雜性。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1016/j.celrep.2023.112915
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