清華大學高寧研究組報導酵母核糖體組裝前體的高分辨冷凍電鏡結構

2020-11-27 清華大學新聞網

清華大學高寧研究組報導酵母核糖體組裝前體的高分辨冷凍電鏡結構

清華新聞網6月1日電 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。

核糖體自身是一個由核糖核酸（RNA）和蛋白質組成的超大複合物（半徑20納米），其三維結構和分子機制的研究一直是生命科學基礎研究中的重要方向。2009年的諾貝爾化學獎即授予了首次解析出細菌核糖體原子解析度的三位結構生物學家。

真核細胞核糖體裝配過程是個高度複雜的動態過程，有超過300種不同功能的輔助裝配因子（蛋白質或者RNA）參與其中。然而絕大多數裝配因子的結構及其行使功能的分子機理完全未知。此外，核糖體的組裝與細胞的生長調控通路密切相關，某些裝配因子的遺傳突變會導致核糖體生物生成的失調，引起一系列的人類遺傳性疾病（稱為ribosomopathies）。某些特定的裝配因子（例如eIF6）不正常表達也在多種人類癌症細胞中被發現。因此，針對核糖體裝配過程的研究不僅具有重要的科學意義，還具有潛在的臨床應用潛力。

圖1酵母核糖體大亞基組裝中間體的3.08埃冷凍電鏡結構。a，3.08 埃冷凍電鏡密度圖，核糖體蛋白顏色為米色，核糖體RNA顏色為灰色。b，19個裝配因子的原子模型。

清華大學生命科學學院高寧研究組自2009年一直致力於研究各種生物的核糖體裝配過程。2013年，高寧研究組和美國卡內基梅隆大學的約翰·伍爾福德（John L. Woolford Jr）教授研究組攜手合作，利用清華大學的高端冷凍電鏡平臺，以真核生物酵母菌為材料，開展真核核糖體的裝配研究工作。2015年，合作研究獲得重大突破，課題組得到了酵母細胞核內的一系列組成上和結構上不同的核糖體60S亞基前體複合物的冷凍電鏡結構。其中一種狀態的三維結構解析度達到3.08埃，其核心部分的解析度可達2.8埃，是國際在核糖體組裝研究領域迄今為止解析度最高的結構。基於這一冷凍電鏡結構，課題組確定了超過20種不同裝配因子在核糖體60S前體上的結合位置，並獲得了19種裝配因子的原子模型。課題組所提供的豐富結構信息為詳細闡釋真核核糖體裝配過程中的多種裝配因子功能和分子機制提供了重要基礎。

2016年5月25日，報導這一重大突破的研究論文在線發表於《自然》（Nature）期刊，題目為《細胞核內的核糖體組裝前體結構揭示了裝配熟因子的功能多樣性》（Diverse roles of assembly factors revealed by structures of late nuclear pre-60S particles）。高寧研究員和卡內基梅隆大學約翰·伍爾福德(John L. Woolford Jr)教授為論文共同通訊作者，清華大學生命學院2013級博士生吳姍為第一作者。北京生命科學研究所董夢秋教授及譚丹博士提供了化學偶聯交聯質譜數據。論文中冷凍電鏡數據收集和處理工作獲得了國家蛋白質科學（北京）設施清華大學冷凍電鏡平臺及高性能計算平臺支持。課題組得到了中國科技部、國家自然科學基金委、清華大學自主科研、北京高精尖結構生物學中心的經費支持。

論文連結：http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature17942.html

供稿：生命學院 編輯：田心

 

 

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