登录
 机构网站
  1. 首页
  2. 情报产品
  3. 快讯详情

《Nature | 核糖体激活血管生成素的结构机制》

  • 来源专题：战略生物资源
  • 编译者： 李康音
  • 发布时间：2024-05-10

  • 2024年5月8日，麻省大学医学院的研究人员在Nature上发表了一篇题为Structural mechanism of angiogenin activation by the ribosome的文章。

    血管生成素是一种 RNase A 家族蛋白，可促进血管生成，并与癌症、神经退行性疾病和表观遗传有关。在细胞应激过程中被激活后，血管生成素会在反密码子环处切割 tRNA，导致翻译抑制。然而，分离出的血管生成素的催化活性很低，而且酶的激活机制和 tRNA 的特异性一直是个谜。

    利用生化试验和低温电子显微镜揭示了这些机制。该研究揭示了细胞质核糖体是人们长期寻找的血管生成素的激活剂。2.8 埃分辨率的低温电子显微镜结构显示，血管生成素结合在 80S 核糖体的 A 位点上。血管苷元的 C 端尾部通过与核糖体的相互作用而重新排列，从而激活了 RNase 催化中心，使该酶在 tRNA 切割方面的效率提高了几个数量级。其他 80S-angiogenin 结构捕捉到了 tRNA 底物如何被核糖体引导到 angiogenin 的活性位点，证明核糖体是特异性因子。

    因此，该研究结果表明，血管生成素是由具有空缺 A 位点的核糖体激活的，这种核糖体的丰度在细胞应激时会增加。这些结果可能有助于开发治疗癌症和神经退行性疾病的药物。

  • 原文来源：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07508-8
371浏览量
原文链接
相关报告

  • 《分子细胞卓越中心发现核仁新结构调控核糖体RNA末端加工机制》
    • 来源专题：转基因生物新品种培育
    • 编译者：姜丽华
    • 发布时间：2023-03-11
    • 3月9日，中国科学院分子细胞科学卓越创新中心（生物化学与细胞生物学研究所）陈玲玲研究组在《自然》（Nature）上，在线发表了题为Nucleolar URB1 ensures 3' ETS rRNA removal to prevent exosome surveillance的研究论文。该工作利用高分辨率活细胞显微成像技术，通过筛选200个核仁候选蛋白质发现12个在纤维中心/致密纤维组分（FC/ DFC）外围富集的蛋白质，并命名该区域为致密纤维组分外侧区域（periphery of DFC,PDFC）。研究解析发现，位于PDFC的URB1（unhealthy ribosome protein 1）是一种具有非流动特征的核仁蛋白质，对维持PDFC的完整性、锚定pre-rRNA 3’端及保证其正确折叠和加工起到重要作用。该工作揭示了核仁的超微精细结构，为解析核仁的功能和结构提供了全新见解，并为探索核仁蛋白质在pre-rRNA加工中的功能协调以及对核糖体生成和胚胎发育影响提供了全新思路。   陈玲玲研究组长期致力于lncRNA代谢与功能的研究。前期研究通过non-poly(A)测序（Yang et al., Genome Biol 2011）发现一类新型lncRNA家族。它们来自内含子，两端以snoRNA结尾，被命名为sno-lncRNA（Yin et al., Molecular Cell 2012）。SLERT是其中一个sno-lncRNA，完全定位在细胞核仁（Xing et al., Cell 2017）。核仁是细胞核内一个复杂且高度动态变化的无膜亚结构，是细胞核内核糖体RNA（ribosomal RNA，rRNA）的加工厂。它在调节rRNA的转录、加工以及核糖体亚基组装中具有重要作用。核仁在形态上由内而外可以分为三层结构——多个纤维中心（Fibrillar Center，FC）和致密纤维组分（Dense Fibrillar Component，DFC）形成球状结构镶嵌在颗粒区（Granular Component，GC）内。既往研究表明，SLERT直接结合核仁蛋白DDX21并调控其形成的环状结构的大小进而促进RNA聚合酶I转录（Xing et al., Cell 2017；Wu et al., Science 2021）。RNA聚合酶I转录复合物聚集在FC区域边缘对核糖体DNA（rDNA）进行转录；rRNA前体（pre-rRNA）加工蛋白质在DFC区域参与调控rRNA前体的定向转运和核仁DFC环簇状结构的组装（Yao et al., Molecular Cell 2019）。这些在FC/DFC单元产生的rRNA占细胞内总RNA的约85%，因而在FC/DFC中rRNA成熟的过程是一个受到精密调控的过程。加工修饰完成的pre-rRNA进入GC区域参与核糖体亚基的组装。核仁的重要功能毋庸置疑，但多数核仁蛋白质的精确定位及其如何参与pre-rRNA高效有序加工等基础生物学问题尚不清楚。   研究利用CRISPR/Cas9技术构建了DFC/GC双色荧光蛋白质标记的参考细胞系，在此细胞系内对200个核仁候选蛋白质进行了高分辨率的活细胞成像，并筛选到140个定位在细胞核仁不同亚结构区域的蛋白质。对这140个核仁蛋白质的研究发现，12个蛋白质定位于DFC外部，形成厚度约为200 nm的球壳状新结构，被命名为PDFC。研究进一步利用光学超分辨显微成像系统性地完善了核仁的精细亚结构分析，为更好地解析核仁组织结构和工作机制奠定了重要基础。   研究发现，PDFC关键蛋白质URB1具有分子量大、流动性慢的特征，对于维持PDFC的结构和功能颇为重要。此外，URB1还参与调控pre-rRNA 3’末端ETS 区域 （External transcribed spacer， ETS）折叠和加工。URB1在PDFC的定位参与了3’ETS的锚定、折叠与去除。URB1缺失导致3’ETS折叠异常，U8 snoRNA与pre-rRNA的结合受阻，导致3’ETS的加工异常。   这些异常的pre-rRNA中间产物在核仁中大量累积，进而激活RNA稳态监控系统（RNA Exosome）在核仁发挥活性，引发异常pre-rRNA的降解，致使成熟的28S rRNA减少，无法维持细胞内核糖体的稳态和蛋白质合成，因而造成斑马鱼和小鼠的早期发育缺陷，甚至死亡。   该工作利用超高分辨率生物成像、单分子RNA成像、RNA二级结构解析以及动物模型等多种研究手段，全面揭示了核仁精细结构与pre-rRNA的加工相互协同，共同维持核仁内微环境稳定，为认识核仁功能提供了全新见解。此外，该研究证明了URB1这类非流动性蛋白质在核仁液-液相分离环境中的关键组织作用，为探究三维pre-rRNA加工机制、核仁组装形成和功能提供了新思路。   研究工作得到中国科学院、国家自然科学基金、科技部和上海市科学技术委员会等的资助，并获得分子细胞卓越中心细胞分析技术平台、斑马鱼技术平台、分子生物学技术平台和浙江大学良渚实验室的支持。
    151浏览量
    原文链接

  • 《开发高分辨技术解析核糖体RNA加工机制》
    • 来源专题：生物育种
    • 编译者：季雪婧
    • 发布时间：2024-07-31
    •  2024年7月12日，中国科学院生物物理研究所叶克穷研究组在《Nucleic Acids Research》杂志在线发表了题为"High-resolution landscape of ribosomal RNA processing and surveillance"的研究论文。该研究开发了一种鉴定核糖体RNA (rRNA) 加工中间体的高分辨技术，并发现rRNA加工和质量控制过程中的多个新机制。   rRNA是细胞中最丰富的RNA，在真核生物中约占RNA总量的80%。rRNA的合成是非常重要、复杂和保守的细胞活动，其前体需要经过一系列核酸内切酶和核酸外切酶的加工，才能产生成熟的18S、5.8S和 25S rRNA。有缺陷的加工产物还会通过细胞核内的质量控制机制被降解。在酵母中的多年研究已经揭示了rRNA加工的主要途径，但仍有一些步骤还未被解析。   检测rRNA加工中间体的传统方法，如Northern印迹杂交，由于分辨率和灵敏度所限，无法鉴定一些低丰度、长度连续的分子。该研究开发了CircTA-seq高通量技术，通过RNA环化、接头定向扩增和深度测序，能在单分子和单碱基水平鉴定rRNA加工中间体。   研究人员利用该技术定量分析了15种突变体对酵母rRNA前体的影响，揭示了rRNA加工通路的多个未知机制。5.8S rRNA的5'末端有长短两种类型，它们被认为是通过两个不同的途径产生的。研究人员发现随着rRNA加工的进行，长型末端能缓慢的转化为短型末端，因此提出一个统一的模型解释它们产生的机制。另外，研究人员发现了5.8S rRNA 3'末端加工的起始过程。其前体的3'末端首先被Rex1和Rex2核酸外切酶降解，随后被Trf4加上多聚腺苷，然后被激活的外切体（exosome）降解。研究还揭示了25S rRNA的3'末端是通过4个Rex核酸外切酶的依次切割形成的。   rRNA加工还受到核内质量控制系统的监控，有缺陷的产物会被加上多聚腺苷尾巴，然后被外切体降解。该研究精确测量了rRNA前体的多聚腺苷尾巴的分布，揭示了20S前体降解效率和多聚腺苷尾巴长度的依赖关系，发现降解中间体经常被高度多聚腺苷化的现象。该研究还发现了18S rRNA缺陷前体通过5'降解过程产生的新型中间体。   总之，该研究开发了高分辨新技术鉴定rRNA加工中间体，发现了rRNA加工和质量控制过程中的多个新机制，显著完善了经典的rRNA加工通路。   该项工作在中国科学院生物物理研究所完成。叶克穷研究员为论文的通讯作者，安卫东博士为论文的第一作者，叶克穷组的严云霄也参与了该项工作。该研究得到了国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技计划和国家重点研发计划等项目的资助。
    99浏览量
    原文链接