核糖體RNA（rRNA）是細(xì)胞內(nèi)含量最多的一類RNA，負(fù)責(zé)生產(chǎn)它的核仁則是細(xì)胞中最繁忙的“工廠”之一。最近，中國(guó)科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心陳玲玲研究團(tuán)隊(duì)宣布，首次“看清”了核仁這座“工廠”的內(nèi)部組織架構(gòu)，并解開(kāi)了它高效運(yùn)行的奧秘。

這一成果對(duì)深入理解核仁的結(jié)構(gòu)分區(qū)和功能調(diào)控具有重要作用，國(guó)際頂尖學(xué)術(shù)期刊《自然》為此于前天深夜加急發(fā)表——從文章確定接收到在線發(fā)表，僅用了一周。

追蹤打卡，“看清”核仁內(nèi)部架構(gòu)

核仁是一個(gè)高度有序、結(jié)構(gòu)分明的加工中心。通過(guò)精細(xì)劃分的多個(gè)功能區(qū)，它協(xié)同調(diào)度著rRNA的合成和加工流程，再將rRNA與蛋白質(zhì)裝配到一起，組裝成核糖體，服務(wù)于細(xì)胞生命活動(dòng)。如果rRNA的合成出現(xiàn)錯(cuò)誤，就可能出現(xiàn)鳥面綜合征、貧血等核糖體疾病。

過(guò)去，核仁內(nèi)部的精細(xì)布局一直未被看清。這一次，研究人員用超分辨顯微鏡和“追蹤打卡”的研究方式，通過(guò)觀察細(xì)胞的核仁活動(dòng)，首次繪制了核糖體RNA在核仁中的精密時(shí)空分布圖譜。

“我們發(fā)現(xiàn)這座‘工廠’非常智能，核仁像流水線一樣將內(nèi)部的大小亞基分流，分別安排在內(nèi)層的FC-PDFC區(qū)域和外層的PDFC-GC區(qū)域完成rRNA的加工。”論文第一作者、陳玲玲團(tuán)隊(duì)博士生潘宇航介紹，通過(guò)合理分區(qū)，核仁不僅能提高生產(chǎn)效率，還能有效進(jìn)行質(zhì)量控制。如果小亞基的加工進(jìn)度出現(xiàn)遲滯，就會(huì)觸發(fā)核仁的“質(zhì)量控制系統(tǒng)”，防止“不合格品”流出，進(jìn)而引發(fā)核仁內(nèi)層區(qū)域膨脹乃至破裂，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)重組——如同拆毀有問(wèn)題的生產(chǎn)線，重新組裝新產(chǎn)線。

“從不同物種核仁內(nèi)層區(qū)域的結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度，我們發(fā)現(xiàn)生物越高等，其rRNA的加工效率越高。”陳玲玲解釋，斑馬魚等低等生物的核仁內(nèi)層區(qū)域較為簡(jiǎn)單，而人類等高等動(dòng)物的核仁內(nèi)層區(qū)域則演化出了FC-DFC雙層結(jié)構(gòu)，“這可能是為了滿足復(fù)雜生長(zhǎng)需求而不斷分工優(yōu)化的結(jié)果”。

未來(lái)將整合中國(guó)RNA研究力量

論文發(fā)表僅一個(gè)多小時(shí)，陳玲玲就收到了來(lái)自哈佛大學(xué)同行的祝賀信，稱這一發(fā)現(xiàn)“十分驚艷”，為自己研究造血系統(tǒng)中的核糖體生成提供了新思路。

陳玲玲（右二）與論文第一作者單琳、潘宇航、張宇瑤（從左到右）在實(shí)驗(yàn)室討論問(wèn)題

早在2011年，陳玲玲研究組就投入到非編碼RNA領(lǐng)域的開(kāi)拓中，十多年來(lái)成果已陸續(xù)發(fā)表在《細(xì)胞》《科學(xué)》《自然》等國(guó)際期刊。“2018年，當(dāng)我看到人類拍攝到的第一張黑洞照片時(shí)，覺(jué)得它那模糊的橙色光環(huán)與當(dāng)時(shí)能看到的核仁很像。”陳玲玲說(shuō)，8年后，無(wú)論是在極宏觀的宇宙探索，還是在極微觀的生命分子機(jī)制解析中，科學(xué)家都已“看”得更清晰。

去年9月，分子細(xì)胞卓越中心閔行基地正式啟用，重點(diǎn)發(fā)展RNA研究。新園區(qū)寬敞的實(shí)驗(yàn)空間和新設(shè)備為這項(xiàng)研究提供了“加速度”。

今年1月，核糖核酸功能與應(yīng)用（RISE）全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室獲科技部批準(zhǔn)建設(shè)，迄今已有十多個(gè)研究組入駐，初步形成了合作互補(bǔ)的攻關(guān)團(tuán)隊(duì)。陳玲玲表示，RISE以讓RNA“看得清，用得上”為目標(biāo)，未來(lái)實(shí)驗(yàn)室將整合中國(guó)RNA研究力量，形成服務(wù)全國(guó)，乃至全球的技術(shù)體系。