上海科學家發現核糖體RNA組裝運作 「監測站」成果登《自然》

上海科學家發現核糖體RNA組裝運作 「監測站」成果登《自然》
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上海科學家發現核糖體RNA組裝運作「監測站」成果登《自然》。圖爲陳玲玲工作照。(中國科學院分子細胞科學卓越創新中心提供)

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上海科學家發現核糖體RNA組裝運作「監測站」成果登《自然》。圖爲研究團隊合照。(中國科學院分子細胞科學卓越創新中心提供)

澎湃新聞9日報導,中國科學院分子細胞科學卓越創新中心陳玲玲研究組,3月9日在國際學術期刊《自然》上發表研究論文,定位篩選了細胞核仁內的蛋白質,藉由超高分辨成像,詳細研究200種蛋白質在這個「超級工廠」內的定位。研究團隊在覈仁原本的三層結構基礎上,又發現了一層包裹在緻密纖維組分(DFC)外的新球殼狀區域,並將其命名爲緻密纖維成分外側區域(PDFC)。

也就是說,每個FC/DFC「小廠房」內新生的核糖體RNA,還需要通過PDFC這個「監測站」,才能完成最後的核糖體組裝。

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「十年磨一劍。」基礎研究領域難免要坐冷板凳,陳玲玲說幸好在探索的路上,總是有階段性目標可以實現,在這個方向上,團隊已經取得了一系列令人激動的進展,而她也將繼續帶着學生們在這一領域深耕細作。

分子細胞卓越中心陳玲玲研究組博士研究生單琳和許光(現爲麻省理工學院博士後)爲該論文的共同第一作者,分子細胞卓越中心研究員、新基石研究員陳玲玲爲該論文通訊作者。該工作得到復旦大學生物醫學研究院/復旦大學附屬兒童醫院楊力研究員、中國科學院分子細胞科學卓越創新中心李勁鬆研究員、清華大學俞立教授和北京協和醫院醫學科學研究中心黃超蘭教授的大力幫助。同時得到分子細胞科學卓越創新中心細胞分析技術平臺、斑馬魚技術平臺、分子生物學技術平臺和浙江大學良渚實驗室的支持,以及來自中科院、基金委、科技部、上海市科委等部門的經費資助。

據指出,核仁是細胞核裡有着重要功能的無膜特殊結構,在顯微鏡下呈現直徑約爲0.5-5微米(百萬分之一米)的球狀結構。

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核仁負責核糖體RNA的生成加工和核糖體的組裝,在球狀結構內部產生長鏈狀新生核糖體RNA,在蛋白質的幫助下,這些新生核糖體RNA在向外運輸的過程中,被不斷加工剪切,一步步完成核糖體組裝。核糖體的功能是把RNA翻譯轉變爲蛋白質,爲生命所必需。

過去的研究認爲核仁由三部分組成:纖維中心(FC)是核心,由緻密纖維組分(DFC)包裹形成更大的球體,多個FC/DFC單元鑲嵌在同一顆粒組分(GC)裡。

通俗地講,核仁就像「超級工廠」一樣,每個FC/DFC單元就是一個「小廠房」,每個「小廠房」又通過流水線高效聯繫,將新生的核糖體RNA運入GC區域,也就是最後的統一「包裝站」,完成核糖體組裝,功能複雜而又重要。

核仁如此重要,但核仁內大多數蛋白質的精確定位和功能尚不清楚。這個「超級工廠」是如何將自己複雜的結構協同起來一起發揮作用,由內向外加工新生核糖體RNA和組裝核糖體的呢?

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團隊進一步研究發現,定位於PDFC「監測站」的URB1蛋白質是調控新生核糖體RNA尾端摺疊和加工的關鍵。

URB1蛋白質具有分子量大、流動慢的特徵。彷彿體型龐大的「哨兵」,「看守」在PDFC區域,結合到由FC/DFC「小廠房」運輸而來的新生核糖體RNA尾端,與其他因數一起工作,去除末端。

該過程對於核糖體RNA的成熟和核糖體的組裝至關重要:末端剪切完成的核糖體RNA就會被URB1「哨兵」放行,進入GC區域參與下一步核糖體組裝;一旦URB1「哨兵」消失,核糖體RNA就會帶着未剪切的尾端涌入GC區域,造成混亂,使得細胞無法正常運作,同時也會引來外切酶體複合物的「鎮壓」。

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在動物實驗中,研究人員觀察到,缺失了URB1蛋白質的斑馬魚會產生頭面部發育的畸形,無法成活。而URB1蛋白質缺失的小鼠胚胎則無法着牀,引發早期死亡。

此項研究工作多角度剖析了核仁這個「超級工廠」內部的精細結構,發現了PDFC這一全新結構,通過解析其中URB1的功能,揭示了核仁多層結構與核糖體RNA加工、核糖體組裝的相互協同作用,爲研究核仁作爲核糖體RNA「加工廠」的高效運轉與質控機制提供了全新的見解,也爲核仁組裝和在胚胎髮育中的潛在影響提供了新的研究思路。

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