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Cell:可视化观察核仁中的核糖体大亚基组装过程

来源:本站原创 2018-01-12 12:39

2018年1月12日/生物谷BIOON/---核糖体是负责细胞中蛋白合成的细胞器。如今,在一项新的研究中,来自德国慕尼黑大学(LMU)等研究机构的研究人员分析了核糖体组装中的早期步骤,并且可视化观察它们的RNA组分如何正确折叠并找到它们在这种生长结构中的位置。相关研究结果发表在2017年12月14日的Cell期刊上,论文标题为“Visualizing the Assembly Pathway of Nucleolar Pre-60S Ribosomes”。
图片来自Cell, doi:10.1016/j.cell.2017.11.039。

在活跃生长的细胞中,大量的蛋白必须以不同的数量加以合成。为了满足这些需求,作为细胞的蛋白工厂,由蛋白和几种RNA组成的核糖体必须大量地产生它们自己。一个生长中的酵母细胞每小时产生10万个核糖体,每个核糖体包括80个核糖体蛋白和4个核糖体RNA(rRNA),这些核糖体蛋白和rRNA分布在每个核糖体的两个不同的功能上相互作用的亚基(即大亚基和小亚基)之间。此外,核糖体组装需要约200种其他蛋白的介入,这些蛋白作为生物发生因子(biogenesis factor)发生作用,但不是核糖体最终结构的一部分。这些生物发生因子协调核糖体组装并指导这些rRNA按序折叠,这就为核糖体蛋白插入提供了合适的结合位点。

在这项新的研究中,由慕尼黑大学Roland Beckmann教授领导的一个研究团队与德国海德堡大学Ed Hurt教授领导的一个研究团队开展合作,首次确定了酵母细胞中的核糖体大亚基组装的早期步骤的三维细节。

核糖体组装开始于细胞核中的一个被称作核仁的特定区域,在那里,三种rRNA以较大的前体分子的形式进行转录。每种rRNA前体分子经酶处理后产生在最终的核糖体中发现的成熟片段。在酵母中,两种被命名为25S和5.8S的rRNA会被整合到核糖体的大亚基中。仍然未完全成熟的核糖体通过核膜中的孔输出到细胞质中。核糖体组装过程的随后步骤都发生在细胞质中。论文第一作者、慕尼黑大学的Lukas Kater说,“这个多步骤过程反映了整个组装过程的极其复杂性。”

为了阐明25S rRNA是如何折叠的,Beckmann团队从核仁中纯化出5种核糖核蛋白复合物,并通过低温电镜技术确定了它们的结构。这些复合物中的每一种都与不同组的生物发生因子相互作用,并且代表着这种组装过程的不同阶段。Kater说,“这种方法允许我们鉴定出几种早期生物发生因子的功能,并确定参与核仁中的核糖体大亚基组装早期阶段的RNA折叠和蛋白结合步骤的顺序。”

结果证实,25S前体rRNA分子实际上从两端开始折叠,而不像依次排列折叠结构域的线性分子。结构域I和II首先折叠,随后是位于这种分子的另一端的结构域VI进行折叠。然后结构域III、IV和V依次折叠。Beckmann解释道,“这使得一种‘外骨架(exoskeleton)’能够产生,这种外骨架随后将成为催化中心(在那里,每个蛋白的氨基酸亚单位以正确的顺序连接在一起)和出口通道。通过这种出口通道,生长的蛋白链从核糖体中出现。”

如今,Beckmann和他的同事们计划在核糖体组装过程中进一步研究中间物,以便获得核仁中发生的核糖体构建阶段的更加详细的情形。(生物谷 Bioon.com)

参考资料:

Lukas Kater, Matthias Thoms, Clara Barrio-Garcia et al. Visualizing the Assembly Pathway of Nucleolar Pre-60S Ribosomes. Cell, 14 December 2017, 171(7):1599–1610, doi:10.1016/j.cell.2017.11.039

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