揭开细胞核仁内部“组织架构”的奥秘

核仁是细胞核里重要的无膜特殊结构，负责核糖体RNA的生成加工和核糖体的组装。中国科学院分子细胞科学卓越创新中心陈玲玲研究团队的相关研究，揭示了核仁内部的组织架构及其高效运行的奥秘。具体如下：核仁的基本结构组分：过去的研究认为核仁由三部分组成，纤维中心（FC）是核心，由致密纤维组分（DFC）包裹形成更大的球体，多个FC/DFC单元镶嵌在同一颗粒组分（GC）里。FC位于核仁中央，是rDNA的存在部位。DFC位于核仁浅染区周围的高电子密度区，主要含正在转录的rRNA分子、核糖体蛋白等。GC是核仁的主要结构，富含高电子密度颗粒，是正在进行加工的转录产物和处于不同成熟阶段的核糖体亚单位所在的部位。新发现的核仁结构：陈玲玲研究组发现了一层包裹在DFC外的新球壳状区域，并将其命名为致密纤维成分外侧区域（PDFC）。这一发现更新了教科书里的经典核仁结构。定位于PDFC的URB1蛋白质是调控新生核糖体RNA尾端折叠和加工的关键。它会结合到新生核糖体RNA尾端，去除末端，末端剪切完成的核糖体RNA会被放行，进入GC区域参与下一步核糖体组装。核糖体RNA的加工路径：研究人员用超分辨显微镜和“追踪打卡”的研究方式，首次绘制了核糖体RNA在核仁中的精密时空分布图谱，揭示了核糖体小亚基和大亚基的前体RNA在核仁中以两条不同的路径分布。核仁像流水线一样将二者分流，分别安排在内层的FC-PDFC区域和外层的PDFC-GC区域完成加工。核仁结构与加工效率的关系：核仁内层区域的结构决定了核糖体RNA的加工效率。在斑马鱼等低等生物中，核仁内层区域较为简单；而在人类等高等动物中，核仁内层区域演化出了FC-DFC双层结构，这种结构升级，有效提升了核糖体RNA的加工效率。核仁结构的进化，可能是为了满足复杂生长需求而不断“分工优化”的结果。核仁结构与功能的协同关系：小亚基的前体RNA加工迟滞，会触发核仁的质量控制系统，降低核糖体RNA的向外扩散速率，进而引发核仁结构重组，导致内层区域膨胀乃至破裂。这表明核仁的结构与功能之间存在紧密的协同关系，核仁通过合理分区保障运作流畅，最终实现高效准确的核糖体组装，服务于细胞生命活动。