我科學家揭示長非編碼RNA以“RNA分子伴侶”機制參與細胞命運活動

2021-07-31 20:34:25 來源: 科技日報 作者: 王春

科技日報記者 王春

細胞核仁的主要功能之一是生成并加工核糖體RNA,進而組裝蛋白質合成的機器——核糖體。核糖體RNA的“產生和加工過程”混亂會引起核仁應激,破壞其結構與功能,導致核糖體出現蛋白質翻譯的異常。目前已經發現核仁與早期胚胎發育和腫瘤發生都存在緊密的聯系。中科院分子細胞科學卓越創新中心陳玲玲與劉珈泉研究組研究發現,長非編碼RNA SLERT 以“RNA分子伴侶”機制改變核仁蛋白DDX21的構象,進而影響核仁重要區域功能,確保核糖體RNA順利產生。該研究成果于7月30日發表于國際學術期刊《科學》,并被同期Perspectives專評。

陳玲玲研究團隊前期工作系統闡明,核仁由內而外存在三層超微精細結構,其中包含幾十個內層和中間層組成的球型區域。該研究發現,核仁蛋白DDX21“抱團”以簇狀球殼結構包裹在每一個中間層結構的外面。DDX21分子存在可以相互影響的分子內和分子間相互作用,較強的分子間相互作用導致蛋白高度聚集,壓縮核仁內層和中間層區域的大小和分子的“流動性”。之前發現的長非編碼RNA家族中的一員SLERT可以與DDX21結合,使DDX21分子構象由開放轉為閉合,DDX21分子內相互作用增加,分子間聚集作用降低,減弱DDX21對核仁內層和中間層區域大小的抑制作用,使核仁中間層以內的空間環境維持疏松狀態。

研究人員利用全內反射熒光顯微鏡在單分子水平發現,DDX21在較低濃度就能形成數百個蛋白分子組成的簇狀聚集,并且卷曲纏繞核糖體DNA,使核糖體RNA正?!爱a生”受阻。SLERT促進DDX21閉合構象,增大DDX21的流動性,可以阻止DDX21對核糖體DNA的包裹,保證RNA聚合酶I與核糖體DNA結合轉錄生成核糖體RNA,維持核仁功能正常運轉,進而順利組裝核糖體。

長非編碼RNA通常以低劑量形式參與細胞命運活動。研究發現低劑量的SLERT卻可以調控高劑量的DDX21分子,這是如何實現的呢?體外實驗表明,SLERT對DDX21聚集體的解聚作用隨SLERT濃度升高和反應時間延長而增強,并且SLERT傾向于結合開放構象的DDX21,將其誘導為閉合狀態后再“解綁”,轉而結合新的具有開放構象的DDX21,開啟下一個功能循環,從而使低劑量的SLERT作為“RNA分子伴侶”協助DDX21發生構象改變,調控DDX21的多聚狀態。

該研究首次揭示RNA分子伴侶跨越數量級調控核仁蛋白質相分離特性,維持細胞核仁正常的形態功能,對理解長非編碼RNA分子機制和無膜細胞小體功能具有重大意義。

中國科學院分子細胞科學卓越創新中心(生物化學與細胞生物學研究所)陳玲玲研究組博士研究生吳曼、許光和劉珈泉研究組博士研究生韓沖為該論文的共同第一作者,陳玲玲研究員、劉珈泉研究員為該論文的共同通訊作者。該研究也得到中科院上海營養與健康所(原計算生物學研究所)楊力研究員及其博士研究生南芳的大力幫助。該工作獲得來自基金委、中科院、科技部和上海市科委的經費支持。

責任編輯: 何沛蓯
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