复旦大学生物医学研究院(复旦大学生命科学学院)

复旦大学生物医学研究院，复旦大学生命科学学院
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核仁是细胞核里有着重要功能的无膜特殊结构，在显微镜下呈现直径约为0.5-5微米的球状结构。

核仁负责核糖体RNA的生成加工和核糖体的组装，在球状结构内部产生长链状新生核糖体RNA，在蛋白质的帮助下，这些新生核糖体RNA在向外运输的过程中，被不断加工剪切，一步步完成核糖体组装。核糖体的功能是把RNA翻译转变为蛋白质，为生命所必需。

过去的研究认为核仁由三部分组成：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。

通俗地讲，核仁就像“超级工厂”一样，每个FC/DFC单元就是一个“小车间”，每个“小车间”又通过流水线高效联系，将新生的核糖体RNA运入GC区域，也就是最后的统一“包装站”，完成核糖体组装，功能复杂而又重要。

核仁如此重要，但核仁内大多数蛋白质的精确定位和功能尚不清楚。这个“超级工厂”是如何将自己复杂的结构协同起来一起发挥作用，由内向外加工新生核糖体RNA和组装核糖体的呢？

2023年3月9日，中国科学院分子细胞科学卓越创新中心陈玲玲研究组在国际学术期刊《自然》上发表的研究论文对核仁内的蛋白质进行了定位筛选，通过超高分辨成像对200种蛋白质在这个“超级工厂”内的定位进行了详细研究。

陈玲玲工作照。中国科学院分子细胞科学卓越创新中心 供图

研究团队在核仁原本的三层结构基础上又发现了一层包裹在DFC外的新球壳状区域，并将其命名为致密纤维成分外侧区域（PDFC）。

也就是说，每个FC/DFC“小车间”内新生的核糖体RNA还需要通过PDFC这个“监测站”才能完成最后的核糖体组装。

进一步研究发现定位于PDFC“监测站”的URB1蛋白质是调控新生核糖体RNA尾端折叠和加工的关键。

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“哨兵”，“看守”在PDFC区域，结合到由FC/DFC“小车间”运输而来的新生核糖体RNA尾端，与其他因子一起工作，去除末端。

该过程对于核糖体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“哨兵”放行，进入GC区域参与下一步核糖体组装；一旦URB1“哨兵”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”。

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。

此项研究工作多角度剖析了核仁这个“超级工厂”内部的精细结构，发现了PDFC这一全新结构，通过解析其中URB1的功能，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，为研究核仁作为核糖体RNA“加工厂”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。

“十年磨一剑。”基础研究领域难免要坐冷板凳，陈玲玲说幸好在探索的路上，总是有阶段性目标可以实现，在这个方向上，团队已经取得了一系列令人激动的进展，而她也将继续带着学生们在这一领域深耕细作。

研究团队合照。中国科学院分子细胞科学卓越创新中心 供图

分子细胞卓越中心陈玲玲研究组博士研究生单琳和许光（现为麻省理工学院博士后）为该论文的共同第一作者，分子细胞卓越中心研究员、新基石研究员陈玲玲为该论文通讯作者。该工作得到复旦大学生物医学研究院/复旦大学附属儿童医院杨力研究员、中国科学院分子细胞科学卓越创新中心李劲松研究员、清华大学俞立教授和北京协和医院医学科学研究中心黄超兰教授的大力帮助。同时得到分子细胞科学卓越创新中心细胞分析技术平台、斑马鱼技术平台、分子生物学技术平台和浙江大学良渚实验室的支持，以及来自中科院、基金委、科技部、上海市科委等部门的经费资助。

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