人類40S核糖體成熟最終步驟的結構基礎獲解析

2020-11-23 科學網

人類40S核糖體成熟最終步驟的結構基礎獲解析

作者:

小柯機器人

發布時間:2020/11/22 23:47:51

德國慕尼黑大學Roland Beckmann研究組報導人類40S核糖體成熟最終步驟的結構基礎。2020年11月18日,《自然》雜誌在線發表了這一最新研究成果。

研究人員報導了人類40S亞基前體的五個冷凍電鏡結構,它們描述了40S組裝最終步驟中的組成和構象進展。這些結構解釋了RIOK1在PNO1的置換和解離中的核心作用,這反過來又使核酸內切酶NOB1發生構象變化和激活。此外,研究人員觀察到兩個因子,即包含真核翻譯起始因子1A結構域蛋白(EIF1AD)和富含亮氨酸的重複序列包含蛋白47(LRRC47),它們與RIOK1和中央rRNA螺旋44附近的40S前晚期顆粒結合。最後,功能數據表明EIF1AD為裝配因子回收和18S-E加工所必需。

 

因此,這些結果能夠詳細了解人類細胞中40S形成的最後步驟,此外,還為人類與模式生物釀酒酵母之間小核糖體亞基形成的主要差異提供了證據。

 

據了解,真核生物核糖體由小40S和大60S亞基組成,它們以高度協調的方式組裝。200多個因子確保了核糖體RNA的正確修飾、加工和摺疊,以及核糖體蛋白的及時整合。當最終的rRNA前體18S-E在第3位被內切核酸酶NOB13切割時,小亞基的成熟在細胞質中終止。人類40S前體的結構表明,NOB1被其伴侶PNO14保持為非活性狀態。最終的成熟事件都尚未解決,包括決定性rRNA切割步驟中NOB1的激活以及驅動最後生物發生因子解離的機制。

 

附:英文原文

Title: Structural basis for the final steps of human 40S ribosome maturation

Author: Michael Ameismeier, Ivo Zemp, Jasmin van den Heuvel, Matthias Thoms, Otto Berninghausen, Ulrike Kutay, Roland Beckmann

Issue&Volume: 2020-11-18

Abstract: Eukaryotic ribosomes consist of a small 40S and a large 60S subunit that are assembled in a highly coordinated manner. More than 200 factors ensure correct modification, processing and folding of ribosomal RNA and the timely incorporation of ribosomal proteins1,2. Small subunit maturation ends in the cytosol, when the final rRNA precursor, 18S-E, is cleaved at site 3 by the endonuclease NOB13. Previous structures of human 40S precursors have shown that NOB1 is kept in an inactive state by its partner PNO14. The final maturation events, including the activation of NOB1 for the decisive rRNA-cleavage step and the mechanisms driving the dissociation of the last biogenesis factors have, however, remained unresolved. Here we report five cryo-electron microscopy structures of human 40S subunit precursors, which describe the compositional and conformational progression during the final steps of 40S assembly. Our structures explain the central role of RIOK1 in the displacement and dissociation of PNO1, which in turn allows conformational changes and activation of the endonuclease NOB1. In addition, we observe two factors, eukaryotic translation initiation factor 1A domain-containing protein (EIF1AD) and leucine-rich repeat-containing protein 47 (LRRC47), which bind to late pre-40S particles near RIOK1 and the central rRNA helix 44. Finally, functional data shows that EIF1AD is required for efficient assembly factor recycling and 18S-E processing. Our results thus enable a detailed understanding of the last steps in 40S formation in human cells and, in addition, provide evidence for principal differences in small ribosomal subunit formation between humans and the model organism Saccharomyces cerevisiae. Studies of five cryo-electron microscopy structures reveal the composition and conformational progression in the final maturation events of human 40S ribosomal subunit assembly.

DOI: 10.1038/s41586-020-2929-x

Source: https://www.nature.com/articles/s41586-020-2929-x

相關焦點

  • 核糖體組裝——人類特異的修整步驟
    成熟核糖體由大約80種蛋白質和4種核糖體RNA組成。但是這些成分是如何以正確的順序組裝成功能性核糖體的,目前還不完全清楚。此外,我們對這一過程的大部分知識來自於對細菌和酵母等模型生物進行的研究,不一定適用於高等生物的細胞。由Roland Beckmann教授(慕尼黑LMU基因中心)領導的研究人員現在發現了人類細胞中核糖體成熟的關鍵步驟的新細節。
  • Nature:人類核糖體結構終於被解析!
    2015年4月23日訊 /生物谷BIOON/ --核糖體是進行蛋白質翻譯的機器,能夠催化蛋白質合成。
  • 雙模塊非核糖體肽合成酶結構獲解析
    雙模塊非核糖體肽合成酶結構獲解析 作者:小柯機器人 發布時間:2019/11/8 12:50:16 加拿大麥吉爾大學Martin Schmeing及其團隊利用雙模塊非核糖體肽合成酶的結構揭示了其構象靈活性
  • 科學家研究發現核糖體組裝是最後的修整步驟
    成熟核糖體由大約80個蛋白質和4個核糖體RNA組成。但是,這些成分是如何按照正確的順序組裝成功能性核糖體的,目前還不完全清楚。此外,我們對這一過程的大部分知識來自於對細菌和酵母等模型生物體進行的研究,不一定適用於高等生物體的細胞。由羅蘭德·貝克曼教授(基因中心,慕尼黑LMU)領導的研究人員現在發現了人類細胞核糖體成熟的關鍵步驟的新細節。
  • Science背靠背 | 程淨東、葉克窮等揭示90S核糖體前體A1位點的切割以及90S向40S轉變的機制
    近年發現,核糖體的組裝異常與人類多種疾病密切相關,已經成為多種疾病治療的熱門研究靶點。 酵母的核糖體組裝起始於RNA聚合酶I 對35S rRNA的轉錄,依次包含小亞基的18S rRNA和大亞基的5.8S 、25S rRNA。35S rRNA 轉錄的同時,核糖體組裝因子會順序結合在rRNA上,並最先組裝成40S小亞基的前體——90S核糖體前體。
  • 生物物理所重大進展:90S核糖體前體冷凍電鏡結構獲解析
    核糖體是由RNA和大量蛋白質構成的大型分子機器,負責地球上所有生物的蛋白質合成。在真核生物中,核糖體組裝是個非常複雜的過程。核糖體在成熟過程中需要和大量的組裝因子暫時結合,形成了一系列核糖體前體複合物。小亞基核糖體在組裝過程中形成兩個主要的中間體:早期的90S和晚期的pre-40S前體。
  • 高寧研究組《自然通訊》報導人源核糖體大亞基前體複合物結構
    近年來隨著冷凍電鏡技術的發展,核糖體組裝的研究獲得了巨大的突破,酵母的大小亞基在不同細胞空間(核仁、核質、細胞質)以及不同組裝階段的前體複合物高分辨結構得到了解析,數目眾多的組裝因子的分子功能獲得了一定程度的解釋。
  • 核糖體
    ,P49「核糖體有的附於粗面內質網上,有的游離在細胞質基質中,是「生產蛋白質的機器」」,P56「核仁核糖體的形成有關」【疑難問題】真核細胞的核糖體和原核細胞的核糖體有沒有區別?核糖體的具體結構是怎麼樣的?核糖體的形成和核仁有什麼詳細的關係?【疑難解析】生物界有兩種基本類型的核糖體:一種是原核細胞核糖體,另一個種是真核細胞核糖體。兩種核糖體都由兩個大小不同的亞基組成,每個亞基都含有rRNA和蛋白質。
  • 研究解析核糖體組裝的動態過程
    核糖體是所有生物用來合成蛋白質的分子機器,是生命的基本元件。核糖體包括大亞基和小亞基,兩個亞基都是由核糖體RNA和大量蛋白質構成的大型複合物。在真核細胞中,核糖體的組裝是一個高度複雜、動態的過程,兩個亞基在成熟過程中會結合大量的組裝因子,形成一系列核糖體前體複合物。
  • 葉克窮團隊首次觀察到並解析核糖體組裝的動態過程
    葉克窮團隊首次觀察到並解析核糖體組裝的動態過程 2020-09-19 08:19 來源:澎湃新聞·澎湃號·湃客
  • 科研人員解析核糖體組裝的動態過程
    核糖體是所有生物用來合成蛋白質的分子機器,是生命的基本元件。核糖體包括大亞基和小亞基,兩個亞基都是由核糖體RNA和大量蛋白質構成的大型複合物。在真核細胞中,核糖體的組裝是一個高度複雜、動態的過程,兩個亞基在成熟過程中會結合大量的組裝因子,形成一系列核糖體前體複合物。小亞基在成熟過程中形成兩種主要的前體:位於細胞核仁區的早期前體和位於細胞質的晚期前體。
  • 科研人員解析核糖體組裝的動態過程
    核糖體是所有生物用來合成蛋白質的分子機器,是生命的基本元件。核糖體包括大亞基和小亞基,兩個亞基都是由核糖體RNA和大量蛋白質構成的大型複合物。在真核細胞中,核糖體的組裝是一個高度複雜、動態的過程,兩個亞基在成熟過程中會結合大量的組裝因子,形成一系列核糖體前體複合物。
  • 清華大學重大成果:酵母核糖體組裝前體的高分辨冷凍電鏡結構
    核糖體是一種廣泛存在於細胞中的分子機器。所有生物,包括微小的細菌直至人類個體,都依賴核糖體對各種各樣的蛋白質進行生物合成。作為一個分子量巨大的複合物,核糖體本身是如何在細胞中由多條RNA鏈及超過70種蛋白分子裝配而成?這一問題已困擾相關領域科學家近30年。
  • Science:葉克窮課題組解析核糖體組裝的動態過程
    核糖體是所有生物用來合成蛋白質的分子機器,是生命的基本元件。核糖體包括大亞基和小亞基,兩個亞基都是由核糖體RNA和大量蛋白質構成的大型複合物。在真核細胞中,核糖體的組裝是一個高度複雜、動態的過程,兩個亞基在成熟過程中會結合大量的組裝因子,形成一系列核糖體前體複合物。
  • 科學家解析出過渡狀態下90S小核糖體亞基前體的冷凍電鏡結構
    科學家解析出過渡狀態下90S小核糖體亞基前體的冷凍電鏡結構 作者:小柯機器人 發布時間:2020/9/22 14:17:36 中國科學院生物物理研究所葉克窮課題組解析出過渡狀態下90S小核糖體亞基前體的冷凍電鏡結構
  • 生物物理所解析核糖體組裝的動態過程
    核糖體是所有生物用來合成蛋白質的分子機器,是生命的基本元件。核糖體包括大亞基和小亞基,兩個亞基都是由核糖體RNA和大量蛋白質構成的大型複合物。在真核細胞中,核糖體的組裝是一個高度複雜、動態的過程,兩個亞基在成熟過程中會結合大量的組裝因子,形成一系列核糖體前體複合物。
  • 施一公團隊首次捕獲真核細胞剪接體三維結構
    其中,第一步與第三步中的RNA聚合酶及核糖體的結構解析已分別獲得2006年和2009年的諾貝爾化學獎。  第二步關鍵步驟,即實現從前體信使RNA到成熟的信使RNA轉變的剪接過程中,剪接體是如何工作的,以及剪接體到底長什麼樣,是迄今為止國際生命科學領域最受矚目的課題之一,而由於剪接體是一個巨大而複雜的動態分子機器,其結構解析難度被普遍認為高於RNA聚合酶和核糖體,因此也被認為是結構生物學的難題之一。
  • 人類48S翻譯起始複合物結構獲解析
    人類48S翻譯起始複合物結構獲解析 作者:小柯機器人 發布時間:2020/9/5 15:05:25 英國MRC分子生物學實驗室的V.
  • 胱天蛋白酶-1與Gasdermin D發生相互作用的結構基礎獲解析
    胱天蛋白酶-1與Gasdermin D發生相互作用的結構基礎獲解析 作者:小柯機器人 發布時間:2020/6/18 16:51:48 美國凱斯西儲大學Tsan Sam Xiao課題組解析出胱天蛋白酶
  • 生物物理所葉克窮課題組Science解析核糖體組裝的動態過程
    核糖體是所有生物用來合成蛋白質的分子機器,是生命的基本元件。核糖體包括大亞基和小亞基,兩個亞基都是由核糖體RNA和大量蛋白質構成的大型複合物。在真核細胞中,核糖體的組裝是一個高度複雜、動態的過程,兩個亞基在成熟過程中會結合大量的組裝因子,形成一系列核糖體前體複合物。小亞基在成熟過程中形成兩種主要的前體:位於細胞核仁區的早期前體和位於細胞質的晚期前體。