真核生物的核糖体组装是细胞内最重要也是最耗能的过程之一，也是细胞核的核仁构成成分，包含4条rRNA的剪切和折叠以及80个核糖体蛋白的翻译、转运和组装。除此以外，还有多于200个的组装因子参与其中。近年发现，核糖体的组装异常与人类疾病密切相关，已经成为多种疾病治疗的热门研究靶点。

酵母以及噬热毛壳菌的核糖体组装起始于RNA聚合酶I 对35S rRNA的转录，依次包含小亚基的18S rRNA和大亚基的5.8S 、25S rRNA。35S rRNA 转录的同时，核糖体组装因子会顺序结合在rRNA上，并最先组装成40S小亚基的前体——90S核糖体前体。伴随着35S rRNA中位点2或者位点3的切割，90S核糖体前体被释放出来，经过一系列组装因子的作用，从核仁区经过核质区和核孔复合物进入细胞质，并最终成熟为40S小亚基。目前，A1位点还未被剪切的其中一个状态的90S（Pre-A1 90S）的结构已经被解析【1,2】。但是对于细胞内组装成Pre-A1 90S核糖体前体的过程仍是未知。

图1. 核糖体的组装示意图【3】

2019年8月1日，来自慕尼黑大学Roland Beckmann实验室（程净东博士为第一作者）和其合作者在Molecular Cell在线发表文章Thermophile 90S Pre-ribosome Structures Reveal the Reverse Order of Co-transcriptional 18S rRNA Subdomain Integration，报道了一系列90S核糖体前体的中间体结构，揭示了18S rRNA中4个亚结构域（5’结构域，central 结构域, 3’major结构域, 3’minor结构域）是以反向顺序组装成Pre-A1 90S核糖体前体。

程净东博士等基于之前的研究，进一步鉴定了Kre33/Enp2/Bfr2/Lcp5和Noc4/Nop14/Emg1/Enp1/Rrp12是以模块复合物的形式存在，分别结合在18S的5’结构域和3’结构域。作者选取了Kre33和Noc4两个蛋白作为诱饵，采用分步纯化的方式，分离纯化了嗜热毛壳菌90S核糖体前体的样品。通过单颗粒冷冻电镜分析，得到了6种不同的组装中间态的90S核糖体前体结构，他们都早于Pre-A1 90S 核糖体前体。其中的两个状态a和b中的Central 亚结构域都结合有Rrp5因子，导致其处于非成熟状态。因为这与在饥饿条件下纯化出的结构相同，作者将其归为90S组装的侧线。在主线中，状态A中大部分的5’结构域还没有稳定的结合成90S上，仅有Kre33二聚体，central和3’结构域（major和minor）与之结合。随着成熟的进行，在状态B1中，5’结构域与剩余的Kre33模块因子（Enp2/Bfr2/Lcp5）开始稳定的结合在90S上，进而形成完整的Kre33模块。从状态B1到B2和C，UtpC模块开始稳定的结合在Central结构域上，而且在状态C中招募核糖体蛋白eS27。在状态C中，3’结构域中18S rRNA的h41和h42区域已经成熟，从而释放组装因子Utp30，同时招募核糖体蛋白eS19。由此看来18S rRNA的3’结构域 (major和minor) 最先稳定的结合成90S核糖体前体，随后Central和5’结构域结合上来，从而形成稳定的Pre-A1 90S核糖体前体结构。进一步的生化实验证明Kre33模块指导了早期的5’结构域的整合。

该研究表明，与18S rRNA的转录顺序相反，4个亚结构域组装的顺序是从3’端到5’端，同样的现象也发生在60S大亚基的组装过程【4】。细胞用此来检查转录是否完全，由此可以保证核糖体RNA的正常折叠，从而避免组装异常而致病。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.molcel.2019.06.032

1.J. Barandun et al., The complete structure of the small-subunit processome. Nature structural & molecular biology 24, 944-953 (2017).

2.J. Cheng, N. Kellner, O. Berninghausen, E. Hurt, R. Beckmann, 3.2-A-resolution structure of the 90S preribosome before A1 pre-rRNA cleavage. Nature structural & molecular biology 24, 954-964 (2017).

3.J. Bassler, E. Hurt, Eukaryotic Ribosome Assembly. Annual review of biochemistry 88, 281-306 (2019).

4.L. Kater et al., Visualizing the Assembly Pathway of Nucleolar Pre-60S Ribosomes. Cell 171, 1599-1610 e1514 (2017).

制版人：珂

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