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《科学》:中科院陈玲玲/刘珈泉团队揭示非编码RNA在细胞核仁内的重要功能

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学术经纬 2021-09-20 16:03

▎药明康德内容团队编辑

人类基因组计划发现,基因组序列转录出来的RNA分子中,超过98%为不编码蛋白质的非编码RNA(ncRNA),其中包括上万条长度超过200个核苷酸的长非编码RNA(lncRNA)。这些RNA分子在细胞内究竟有什么功能,成为近年来的一个研究热点。

最近,中国科学院分子细胞科学卓越创新中心的陈玲玲研究员和刘珈泉研究员合作,带领研究团队在这一领域做出突破。他们揭示了一种长非编码RNA在细胞核仁内调节核糖体DNA转录的分子机制。这项成果发表在顶尖学术期刊《科学》上,同时获得了《科学》的专文评论。

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本研究的两位通讯作者陈玲玲研究员和刘珈泉研究员(图片来源:中科院分子细胞科学卓越创新中心官网)

细胞核的核仁是核糖体rDNA转录为rRNA的加工厂。在先前的工作中,陈玲玲研究团队利用超高分辨率显微镜系统看到,这个“加工厂”里还划分出了几十个球形的加工单元,单元由纤维中心(FC)和高纤维成分(DFC)组成,而RNA聚合酶I介导的转录发生在FC和DFC的交界处。

本研究进一步发现,人类细胞中,单个球形FC/DFC单元被RNA解旋酶DDX21抱团形成的球壳所覆盖。这层球壳限制了单元的大小,也控制着转录的进行。

在此过程中,一种被称为SLERT的长非编码RNA通过与DDX21的特定结构域结合,以类似分子伴侣的机制促进DDX21发生构象变化。具体来说,在与SLERT结合后,DDX21从松散的构象转变为闭合构象。而闭合构象的DDX21聚集成松散的分子簇,使得FC/DFC单元具有足够的流动性和较为疏松的空间环境,供RNA聚合酶I高效转录;此外,松散的DDX21分子簇无法缠绕线性的核糖体DNA分子,也会促进转录的进行。

本研究示意图:长非编码RNA SLERT调控DDX21的构象,从而增加FC/DFC转录单元的大小和流动性(图片来源:参考资料[2])

研究作者在论文摘要中总结:“这些结果表明,长非编码RNA SLERT是一种RNA调节子,可控制FC/DFC的生物物理特性,从而控制核糖体RNA的产生。”

研究机构的新闻稿指出:“该工作首次发现SLERT以RNA分子伴侣机制调控蛋白质的构象和多聚状态,并且观察到单分子水平下蛋白质微观相分离的功能特征和调控机制。蛋白质的多聚状态与其流动性、分子间相互作用以及功能发挥直接相关,RNA分子伴侣通过跨越数量级调控核仁蛋白质相分离特性维持细胞核仁正常的形态功能,对lncRNA领域和相分离领域的深入研究具有重大意义。”

参考资料:

[1] Man Wu et al., (2021) lncRNA SLERT controls phase separation of FC/DFCs to facilitate Pol I transcription. Science. Doi: 10.1126/science.abf6582

[2] TOMOHIRO YAMAZAKI and TETSURO HIROSE (2021) Control of condensates dictates nucleolar architecture. Science Doi: 10.1126/science.abj8350

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