生物体内的每个细胞中都存在着许多像"工厂"一样的结构，而核仁是其中最繁忙的一个。它通过精细划分的多个功能区，协同调度着核糖体RNA的合成和加工流程，从而协调完成高效的核糖体组装任务，服务于细胞生命活动。核仁内部结构和功能如何相互适应？复杂的核糖体RNA加工成熟过程为何如此高效？近日，一项来自上海研究团队的研究成果在国际学术期刊《自然》发表，揭示了核仁内部的组织架构及其高效运行的奥秘。
这项研究揭示了"核仁"结构与功能之间的协同关系。核仁如同一个智能工厂，合理分区才能保障运作流畅，最终实现高效准确的生产。研究人员用超分辨显微镜和"追踪打卡"的研究方式，首次绘制了核糖体RNA在核仁中的精密"时空分布"图谱。打比方来说，核仁会流水线一样开展"分流"，将不同加工任务"委派"到年内外层的不同"车间"，这一发现颠覆了传统认知。
“有关核糖体RNA的成熟，传统认为它是一起转录出来，到核仁最外层的一个‘车间’完成加工的，但是我们发现核糖体的大小亚基是在核仁内部不同‘车间’完成加工的，也就可能伴随着更加高效利用核仁多层的空间结构，从而实现快速高效率的加工过程。”论文共同第一作者、中国科学院分子细胞科学卓越创新中心博士生潘宇航解释道。
研究人员发现，在斑马鱼等低等生物中，内层区域较为简单；而在人类等高等动物中，核仁内层区域演化出了FC-DFC双层结构。这种结构升级，有效提升了核糖体RNA的加工效率。核仁结构的进化，可能正是为了满足复杂生长需求而不断"分工优化"的结果。
该研究拓展了人们对核仁空间功能组织模式的理解，为进一步探究核糖体相关疾病的发生机制及开发潜在干预策略提供了基础。“因为核糖体的产生是生命中非常基础的过程，它是蛋白质的加工合成场所，前面在核仁中的加工就非常重要。我们提供了这样一个技术手段的话，我们可以在很多疾病从根源上产生一定的效果。”论文共同第一作者、复旦大学生物医学研究院博士生张宇瑶告诉记者：“这项成果已经在申请专利过程中，具体能对临床有什么样的改进，还需要领域内的同行们去共同努力探索，比如很多研究癌症会从核糖体产生的研究去探索这样的一些课题。”
继mRNA相关成果获得诺贝尔奖之后，RNA应用研究受到全球广泛关注。此次成果所在的中国科学院分子细胞科学卓越创新中心RNA分子国家功能与应用全国重点实验室，正在为该领域贡献源源不断的“中国力量”。
“它是唯一一个RNA分子国重（国家重点实验室）的实验室平台，包括了好多课题组，不管是环形RNA的研究和治疗，包括我们现在研究的核糖体RNA的研究和治疗，和其他老师更关注的小RNA、tRNA以及mRNA的研究和治疗都是在全球属于领先地位。”论文共同第一作者、中国科学院分子细胞科学卓越创新中心博士后单琳表示：“我们这个工作也第一步实现了RNA‘看得见’，希望在后续的实验和发展中让RNA‘用得上’。”
编辑: 朱齐越
责编: 顾怡玫
