核糖體合成細胞中所有的蛋白質。在每一個細胞中,數十萬個核糖體以每秒幾胺基酸的速度延伸每個生長鏈。因此,毫不奇怪,這些至關重要的蛋白質工廠的建設本身就是一個高度複雜的操作,其中有200多個組裝因子瞬時參與其中。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。
活性核糖體由兩個單獨組裝的粒子組成,它們大小不同,只有在兩個粒子中較小的一個(在人類細胞中,稱為「40S亞基」)上發生蛋白質合成的第一步後,它們才會相互作用。Beckmann的研究小組使用低溫電子顯微鏡來確定從人類細胞中分離出的40S亞單位的幾種前體的結構,並跟蹤其成熟過程。該報告關注的是小亞基組裝的最後步驟。
在這個過程的後期,與小顆粒相關的核糖體RNA的一端從未成熟亞單位的身體中突出。18S亞單位成熟的最後一步是去除這個現在多餘的部分。為了確保這種反應不會過早發生,負責的NOB1酶,直到需要它之前都保持在不活躍的狀態。這項新的研究表明,NOB1的激活是由構象變化引起的,這種變化會導致結合伴侶從酶中分離出來。這反過來又觸發了NOB1自身的結構重排,使酶能夠剪斷突出的rRNA片段。「NOB1的激活是由另一種酶協調的,」Ameismeier解釋道。「再加上我們發現的一種蛋白質(在酵母中沒有發現),後者像楔子一樣插入成熟的40S亞基,這有助於NOB1的決定性構象變化。」
作者還指出,酵母中還沒有發現的另一種蛋白質在40S亞基的成熟過程中起著神秘的作用,」Beckmann說。「這證明了將人類系統與其他實驗模型分開考慮的重要性。」
使用進化上更簡單的酵母系統就足以對該過程有一個基本的了解。但是某些病理症候群與人類核糖體發生的錯誤有關,這為研究人類細胞系統中的核糖體組裝提供了一個明顯的理論基礎。
參考文獻
Structural basis for the final steps of human 40S ribosome maturation