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功能|我国科学家揭示长非编码RNA以“RNA分子伴侣”机制参与细胞命运活动

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央广网上海8月1日消息（采访人员周洪）细胞核仁的主要功能之一是生成并加工核糖体RNA ， 进而组装蛋白质合成的机器——核糖体 。 核糖体RNA的“产生和加工过程”混乱会引起核仁应激 ， 破坏其结构与功能 ， 导致核糖体出现蛋白质翻译的异常 。 目前已经发现核仁与早期胚胎发育和肿瘤发生都存在紧密的联系 。 中科院分子细胞科学卓越创新中心陈玲玲与刘珈泉研究组研究发现 ， 长非编码RNA SLERT 以“RNA分子伴侣”机制改变核仁蛋白DDX21的构象 ， 进而影响核仁重要区域功能 ， 确保核糖体RNA顺利产生 。 该研究成果日前发表于国际学术期刊《科学》 ， 并被同期Perspectives专评 。
陈玲玲研究团队前期工作系统阐明 ， 核仁由内而外存在三层超微精细结构 ， 其中包含几十个内层和中间层组成的球型区域 。 该研究发现 ， 核仁蛋白DDX21“抱团”以簇状球壳结构包裹在每一个中间层结构的外面 。 DDX21分子存在可以相互影响的分子内和分子间相互作用 ， 较强的分子间相互作用导致蛋白高度聚集 ， 压缩核仁内层和中间层区域的大小和分子的“流动性” 。 之前发现的长非编码RNA家族中的一员SLERT可以与DDX21结合 ， 使DDX21分子构象由开放转为闭合 ， DDX21分子内相互作用增加 ， 分子间聚集作用降低 ， 减弱DDX21对核仁内层和中间层区域大小的抑制作用 ， 使核仁中间层以内的空间环境维持疏松状态 。
研究人员利用全内反射荧光显微镜在单分子水平发现 ， DDX21在较低浓度就能形成数百个蛋白分子组成的簇状聚集 ， 并且卷曲缠绕核糖体DNA ， 使核糖体RNA正常“产生”受阻 。 SLERT促进DDX21闭合构象 ， 增大DDX21的流动性 ， 可以阻止DDX21对核糖体DNA的包裹 ， 保证RNA聚合酶I与核糖体DNA结合转录生成核糖体RNA ， 维持核仁功能正常运转 ， 进而顺利组装核糖体 。
长非编码RNA通常以低剂量形式参与细胞命运活动 。 研究发现低剂量的SLERT却可以调控高剂量的DDX21分子 ， 这是如何实现的呢？体外实验表明 ， SLERT对DDX21聚集体的解聚作用随SLERT浓度升高和反应时间延长而增强 ， 并且SLERT倾向于结合开放构象的DDX21,将其诱导为闭合状态后再“解绑” ， 转而结合新的具有开放构象的DDX21 ， 开启下一个功能循环 ， 从而使低剂量的SLERT作为“RNA分子伴侣”协助DDX21发生构象改变 ， 调控DDX21的多聚状态 。
【功能|我国科学家揭示长非编码RNA以“RNA分子伴侣”机制参与细胞命运活动】该研究首次揭示RNA分子伴侣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 ， 对理解长非编码RNA分子机制和无膜细胞小体功能具有重大意义 。
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）陈玲玲研究组博士研究生吴曼、许光和刘珈泉研究组博士研究生韩冲为该论文的共同第一作者 ， 陈玲玲研究员、刘珈泉研究员为该论文的共同通讯作者 。 陈玲玲组博士研究生栾鹏飞、杨良中、杨正虎、单琳 ， 博士后黄友葵和已毕业博士生邢宇航参与工作 。 该研究也得到中科院上海营养与健康所（原计算生物学研究所）杨力研究员及其博士研究生南芳的大力帮助 。 该工作获得来自基金委、中科院、科技部和上海市科委的经费支持 。

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