文章题目： Nucleolar URB1 ensures 3' ETS rRNA removal to prevent exosome surveillance
期刊：Nature
发表时间：2023年3月8日
主要内容：中国科学院分子细胞科学卓越创新中心（中国科学院生物化学与细胞生物学研究所）陈玲玲研究组在Nature杂志上发表了文章Nucleolar URB1 ensures 3' ETS rRNA removal to prevent exosome surveillance ，该工作揭示了核仁的超微精细结构，为解析核仁的功能和结构提供全新见解，为深入研究核仁蛋白质在pre-rRNA加工中的功能协调以及对核糖体生成和胚胎发育影响提供全新思路。
原文链接：http://doi.org/10.1038/s41586-023-05767-5
使用TransGen产品：
Trans1-T1 Phage Resistant Chemically Competent Cell（CD501）
研究背景
核仁是细胞核内一个复杂且高度动态变化的无膜亚结构，是细胞核内核糖体RNA（ribosomal RNA, rRNA）的加工厂，它在调节rRNA的转录、加工以及核糖体亚基组装中发挥着重要作用。核仁在形态上由内而外可以分为三层结构：多个纤维中心（Fibrillar Center, FC）、致密纤维组分（Dense Fibrillar Component, DFC）和颗粒组分（Granular Component, GC）。RNA聚合酶I转录复合物聚集在FC区域边缘对核糖体DNA（rDNA）进行转录；rRNA前体（pre-rRNA）加工蛋白质在DFC区域参与调控rRNA前体的定向转运和核仁DFC环簇状结构的组装。这些在FC/DFC单元产生的rRNA占细胞内总RNA的约85%，因此在FC/DFC中rRNA成熟的过程是一个受到精密调控的过程。加工修饰完成的pre-rRNA进入GC区域参与核糖体亚基的组装。核仁在生物体生命活动中扮演着重要的角色，但大多数核仁蛋白质的精确定位及其如何参与pre-rRNA高效有序加工等基础生物学问题尚不清楚。
文章概述
研究人员首先利用CRISPR/Cas9技术构建了DFC/GC双色荧光蛋白质标记的参考细胞系，在此细胞系内对200个核仁候选蛋白质进行了高分辨率的活细胞成像，成功筛选到140个定位在细胞核仁不同亚结构区域的蛋白质。对这140个核仁蛋白质进行研究发现，其中12个蛋白质定位于DFC外部，形成厚度约为200 nm的球壳状新结构，被命名为PDFC，其中包括URB1。研究发现URB1具有分子量大，蛋白质流动性慢的特征，对于维持PDFC的结构和功能至关重要。紧接着研究人员利用光学超分辨显微成像系统性地完善了核仁的精细亚结构分析，为更好认识核仁组织结构和工作机制提供了重要基础。
为了理解核仁亚结构组成和功能与核仁内pre-rRNA的转录、加工和组装过程之间的关系，以及新发现的PDFC核仁亚结构的功能，研究人员通过实验发现PDFC关键蛋白质URB1调控pre-rRNA 3’末端ETS 区域 （External transcribed spacer，ETS）折叠和加工。其在PDFC的定位参与了3’ETS的锚定、折叠与去除。URB1缺失导致3’ETS折叠异常、U8 snoRNA与pre-rRNA的结合受阻、从而导致3’ETS的加工异常。这些异常的pre-rRNA中间产物在核仁中大量累积，进而激活RNA稳态监控系统（RNA Exosome）在核仁发挥活性，引发异常pre-rRNA的降解，导致成熟的28S rRNA减少，无法维持细胞内核糖体的稳态和蛋白质合成，造成斑马鱼和小鼠的早期发育缺陷，甚至死亡。
该项研究利用超高分辨率生物成像、单分子RNA成像、RNA二级结构解析以及动物模型等多种研究手段，全面揭示了核仁精细结构与pre-rRNA的加工相互协同，共同维持核仁内微环境稳定，为认识核仁功能提供了全新的见解。此外，该研究证明了URB1这类非流动性蛋白质在核仁液-液相分离环境中的关键组织作用，对深入理解三维pre-rRNA加工机制、核仁组装形成和功能提供了新的思路。
核仁蛋白质协同核仁精细结构与pre-rRNA加工的新机制
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Trans1-T1 Phage Resistant Chemically Competent Cell（CD501）
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使用Trans1-T1 Phage Resistant Chemically Competent Cell（CD501）产品发表的部分文章：
• Shan L, Xu G, Yao R W, et al. Nucleolar URB1 ensures 3' ETS rRNA removal to prevent exosome surveillance[J]. Nature, 2023.
• Lei Z, Meng H, Liu L, et al. Mitochondrial base editor induces substantial nuclear off-target mutations[J]. Nature, 2022.
• Zhang Q, Zhang X, Zhu Y, et al. Recognition of cyclic dinucleotides and folates by human SLC19A1[J]. Nature, 2022.
• Wang D, Xu C, Yang W, et al. E3 ligase RNF167 and deubiquitinase STAMBPL1 modulate mTOR and cancer progression[J]. Molecular cell, 2022.
• Zhao L, Huang N, Mencius J, et al. DPY30 acts as an ASH2L-specific stabilizer to stimulate the enzyme activity of MLL family methyltransferases on different substrates[J]. Iscience, 2022.
