在生物體內的每個細胞中，核仁都是那個最繁忙的“工廠”。這是一個高度有序、結構分明的加工中心，通過精細劃分的多個功能區，協同調度核糖體RNA的合成和加工流程，從而協調完成高效的核糖體組裝任務，服務于細胞生命活動。
核仁內部結構和功能如何相互適應？復雜的核糖體RNA加工成熟過程為何如此高效？北京時間7月23日，一項來自上海研究團隊的研究成果在國際學術期刊《自然》發表，揭示了核仁內部的組織架構及其高效運行的奧秘。
中國科學院分子細胞科學卓越創新中心陳玲玲團隊用超分辨顯微鏡和“追蹤打卡”的方式，首次繪制了核糖體RNA在核仁中的精密時空分布圖譜，揭示了核糖體小亞基和大亞基的前體RNA在核仁中以兩條不同的路徑分布。核仁像流水線一樣將二者分流，分別安排在內層的FC-PDFC區域和外層的PDFC-GC區域完成加工。
核糖體小亞基與大亞基pre-RNAs在核仁中具有時空分離的加工模式。 中國科學院分子細胞科學卓越創新中心 供圖
通過實際生理條件檢測和干預實驗雙重驗證，研究人員發現，小亞基的前體RNA加工遲滯，會觸發核仁的質量控制系統，降低核糖體RNA的向外擴散速率，進而引發核仁結構重組，導致內層區域膨脹乃至破裂。
核仁內層區域的結構也決定了核糖體RNA的加工效率。在斑馬魚等低等生物中，內層區域較為簡單；而在人類等高等動物中，核仁內層區域演化出了雙層結構。這種結構升級，有效提升了核糖體RNA的加工效率。核仁結構的進化，可能正是為了滿足復雜生長需求而不斷“分工優化”的結果。
pre-rRNA加工與核仁高級結構協同調控以相應不同細胞狀態需求
這項研究揭示了核仁結構與功能之間的協同關系。核仁如同一個智能工廠，合理分區才能保障運作流暢，最終實現高效準確的生產。該研究通過解析核糖體RNA的成熟過程，提出了全新的時空分布模型，并揭示該模型在核仁多層結構組織中的重要功能。
據悉，核仁功能異常可能會導致特雷徹·柯林斯綜合征、先天性純紅細胞再生障礙性貧血等核糖體疾病。該研究拓展了人們對核仁空間功能組織模式的理解，為進一步探究核糖體相關疾病的發生機制及開發潛在干預策略提供了基礎。
