“核仁”中国科学技术大学揭示核仁腔的组成和调控机制

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1898年，Montgomery等人在用显微镜观察软体动物生发泡的时候，在核仁里发现了一个新的结构，他们将其命名为核仁腔。然而，在随后的一百多年里，研究者对它的组成成分、调控机制和功能的认识仍然十分有限。

近日，中国科学技术大学光寿红/冯雪竹团队在《细胞报导 Cell Reports》杂志上发表了题为"rRNA intermediates coordinate the formation of nucleolar vacuoles in C. elegans"的文章。该研究以模式生物秀丽隐杆线虫为模型，首次揭示了核仁腔中含有大量的核质蛋白以及核糖体RNA中间体参与核仁腔的调控。

核仁是由rDNA、RNA和蛋白质交织在一起的复杂多层凝聚体，从内到外依次分布着纤维中心（FC）、致密纤维成分（DFC）、致密纤维成分外围（PDFC）和颗粒成分（GC）四个亚区室。除此之外，各种动植物细胞的核仁中还广泛存在一个与上述四个区室迥然不同的保守亚区室——核仁腔（Nucleolar Vacuole,NoV）。

通过微分干涉相差显微镜和荧光显微镜，课题组在野生型秀丽隐杆线虫的细胞核仁中观察到核仁腔的存在，并发现核仁腔具有组织特异性和发育时期特异性的特点。随后，通过对一系列荧光蛋白标记的细胞核和核仁定位蛋白质的观察，发现核仁腔的组分有别于已知的核仁亚区，其并不包含定位于核仁的核糖体RNA转录和加工因子，而是储存了大量的核质定位蛋白。最后，通过大规模的反向遗传学筛选，发现了第一类，而非第二类，核糖体大亚基加工和组装蛋白的异常会诱导核仁腔的形成，而核糖体小亚基加工和组装的异常则不会导致核仁腔的生成。进一步的实验证明，核仁腔的形成伴随着27SA2rRNA的显著富集。而喂食线虫RNA转录抑制剂放线菌素D可以有效地抑制27SA2rRNA的富集，同时抑制核仁腔的形成。最后，本研究还解析了27SA2rRNA调控核仁腔形成的遗传学通路，发现两个保守的RNA结合蛋白FIB-1和NUCL-1在27SA2rRNA的下游，参与核仁腔的形成。

课题组长期专注于核仁的基因表达调控和结构维持，相继发现（1）核仁应激导致的错误核糖体RNA的积累会诱导反义核糖体小干扰RNA形成和激活核仁RNA干扰通路；（2）发现应激会导致核仁蛋白的错误转位；（3）本研究进一步指出应激导致的核糖体RNA中间体的积累还会影响核仁的结构维持。这些工作表明了核仁调控在生物学过程中的高度复杂性。

本文的第一作者为博士研究生徐德敏和副研究员陈向阳。中国科学技术大学的光寿红教授、冯雪竹研究员和朱成明副研究员为本文的共同通讯作者。论文得到了中国科学技术大学、基金委与科技部的支持。

论文链接：https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(23)00926-9#articleInformation

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