中科大揭示了核仁腔的組成和調控機制

1898年，Montgomery等人在用顯微鏡觀察軟體動物生發(fā)泡的時候，在核仁里發(fā)現了一個新的結構，他們將其命名為核仁腔。然而，在隨后的一百多年里，研究者對它的組成成分、調控機制和功能的認識仍然十分有限。

近日，中國科學技術大學光壽紅/馮雪竹團隊在《細胞報導 Cell Reports》雜志上發(fā)表了題為"rRNA intermediates coordinate the formation of nucleolar vacuoles in C. elegans"的文章。該研究以模式生物秀麗隱桿線蟲為模型，首次揭示了核仁腔中含有大量的核質蛋白以及核糖體RNA中間體參與核仁腔的調控。

核仁是由rDNA、RNA和蛋白質交織在一起的復雜多層凝聚體，從內到外依次分布著纖維中心（FC）、致密纖維成分（DFC）、致密纖維成分外圍（PDFC）和顆粒成分（GC）四個亞區(qū)室。除此之外，各種動植物細胞的核仁中還廣泛存在一個與上述四個區(qū)室迥然不同的保守亞區(qū)室——核仁腔（Nucleolar Vacuole,NoV）。

通過微分干涉相差顯微鏡和熒光顯微鏡，課題組在野生型秀麗隱桿線蟲的細胞核仁中觀察到核仁腔的存在，并發(fā)現核仁腔具有組織特異性和發(fā)育時期特異性的特點。隨后，通過對一系列熒光蛋白標記的細胞核和核仁定位蛋白質的觀察，發(fā)現核仁腔的組分有別于已知的核仁亞區(qū)，其并不包含定位于核仁的核糖體RNA轉錄和加工因子，而是儲存了大量的核質定位蛋白。最后，通過大規(guī)模的反向遺傳學篩選，發(fā)現了第一類，而非第二類，核糖體大亞基加工和組裝蛋白的異常會誘導核仁腔的形成，而核糖體小亞基加工和組裝的異常則不會導致核仁腔的生成。進一步的實驗證明，核仁腔的形成伴隨著27SA2rRNA的顯著富集。而喂食線蟲RNA轉錄抑制劑放線菌素D可以有效地抑制27SA2rRNA的富集，同時抑制核仁腔的形成。最后，本研究還解析了27SA2rRNA調控核仁腔形成的遺傳學通路，發(fā)現兩個保守的RNA結合蛋白FIB-1和NUCL-1在27SA2rRNA的下游，參與核仁腔的形成。

課題組長期專注于核仁的基因表達調控和結構維持，相繼發(fā)現（1）核仁應激導致的錯誤核糖體RNA的積累會誘導反義核糖體小干擾RNA形成和激活核仁RNA干擾通路；（2）發(fā)現應激會導致核仁蛋白的錯誤轉位；（3）本研究進一步指出應激導致的核糖體RNA中間體的積累還會影響核仁的結構維持。這些工作表明了核仁調控在生物學過程中的高度復雜性。