Science：通过使用核糖体RNA连接让失活的核糖体配对是应激细胞的生存策略

核糖体是细胞的蛋白质制造工厂，它们在构建维持细胞存活和功能的蛋白质时消耗大量能量。当细胞遇到压力（例如缺乏营养或温度骤降）时，它们会迅速切换到生存模式。位于法兰克福的马克斯·普朗克脑研究所Schuman实验室的新研究揭示了一种细胞管理这种转换的意外方式：通过使用核糖体RNA连接将失活的核糖体配对在一起。这种基于RNA的机制揭示了核糖体RNA在细胞应激反应中一个先前未知的作用。这项新研究发表在《科学》杂志上。

核糖体是由蛋白质和RNA组成的大型分子机器，负责构建细胞中的所有蛋白质。由于蛋白质生产极其耗能，细胞在受压时会迅速减少蛋白质合成。长期以来，人们已知细菌细胞会将其失活的核糖体配对成所谓的"休眠核糖体二聚体（hibernating disome）"；然而，此前尚未在动物细胞中发现此类结构。

核糖体RNA在细胞应激中的意外作用

位于法兰克福的马克斯·普朗克脑研究所突触可塑性系的Erin Schuman及其团队使用先进的成像技术发现，受压的动物细胞（包括神经元）会将失活的核糖体组装成紧密连接的配对，称为核糖体二聚体。这些核糖体配对并非偶然的碰撞或人为产物，而是对压力的一种受调控且可逆的反应。

"令人惊讶的是，这两个核糖体并非像细菌中常见的那样由蛋白质结合在一起。相反，这种连接是由一个称为扩展区（expansion segment）的特定核糖体RNA片段实现的。"主要作者之一、博士后研究员Andre Schwarz解释道。

扩展区是从核糖体伸出的长而灵活的RNA"触手"，在进化过程中变得越来越大。尽管它们是动物核糖体的显著特征，但它们的功能刚刚开始显现。这项研究现在表明，一个特定的扩展区（称为"31b"）对于在压力下将核糖体连接在一起既是必要的也是充分的。

在分子水平上，扩展区形成精确的RNA-RNA相互作用——一种所谓的"接吻环（kissing loop）"——其中相同的RNA环通过互补序列相互结合。破坏这种相互作用会阻止核糖体二聚体形成，阻碍细胞生长，并使细胞对压力更敏感。

观察细胞内的核糖体

这项研究的一个关键优势在于能够使用冷冻电子断层扫描技术（Cryo-ET）直接观察完整细胞内部的核糖体。Cryo-ET是一种强大的3D成像技术，它使用电子显微镜以非常高的分辨率观察冷冻生物样本内部。这种方法使团队能够观察核糖体在其天然环境中的状态，并解析它们在压力下如何重组。

该研究结合了异常广泛的技术，包括细胞生物学、生物化学、酵母和哺乳动物细胞基因工程以及高分辨率结构成像。

"一个主要挑战是操作核糖体RNA，它在动物基因组中由数百到数千个几乎相同的基因拷贝编码。我们通过在酵母中工程化杂交核糖体，以及引入能特异性破坏动物细胞中核糖体配对的小RNA分子，克服了这一障碍。"Schuman实验室的研究生、该研究的共同第一作者Mara Mueller说。

翻译调控的新视角

"我们的发现揭示了一种以前未知的、动物细胞在压力下调节蛋白质合成的机制——一种依赖于RNA结构的机制。该研究揭示了长期以来颇为神秘的核糖体RNA扩展区的新功能。"Erin Schuman说。

通过将核糖体暂时以非活性配对形式储存，细胞保护了这些昂贵的机器，并使其在有利条件恢复后能够迅速重启。这一发现为理解细胞如何适应压力以及核糖体组织如何影响健康和疾病开辟了新途径。（生物谷Bioon.com）

参考文献：

Andre Schwarz et al, Ribosomal RNA expansion segments mediate the oligomerization of inactive animal ribosomes, Science (2026). DOI: 10.1126/science.adr4287.