В эукариотических клетках ядрышко является центральным местом биогенеза рибосом. Оно состоит из отдельных субкомпартментов: фибриллярного центра (ФЦ), плотного фибриллярного компонента (ПФК), периферии ПФК (ППФК) и гранулярного компонента (ГК), каждый из которых выполняет определённые шаги в транскрипции, обработке пре-рРНК и сборке рибосомных субъединиц.
Дисфункция ядрышка связана с различными заболеваниями, такими как рак, нейродегенеративные заболевания и нарушения развития. Традиционно считалось, что синтез рибосомальной РНК (рРНК) и её обработка происходят в единицах ФЦ-ПФК, а сборка рибосом — в ГК. Однако как эти компартменты функционально координируются для обеспечения эффективного производства рибосом, оставалось неизвестным.
В исследовании, опубликованном в Nature, группа под руководством профессора Чэнь Линлин из Центра молекулярной клеточной науки (Шанхайский институт биохимии и клеточной биологии) Китайской академии наук обнаружила пространственно-временное разделение в обработке различных предшественников рРНК (пре-рРНК) внутри ядрышка. Это открывает новый взгляд на функциональную организацию архитектуры ядрышка.
Для исследования использовались метаболическая маркировка, визуализация одноцепочечной РНК, суперразрешающая микроскопия и количественная протеомика. Исследователи систематически нанесли на карту пространственно-временное распределение обработки пре-рРНК в ядрышке.
Они обнаружили, что пре-рРНК малой субъединицы (МСУ) преимущественно обрабатывается в пределах внутренних областей ФЦ–ППФК и в основном завершается в течение первых 30 минут. В то время как пре-рРНК большой субъединицы (БСУ) обогащена во внешних областях ППФК–ГК и созревает постепенно после 30 минут. Это пространственное разделение противоречит традиционным моделям, которые помещали оба этапа обработки в ГК, и переопределяет специализированные функции в субдоменах ядрышка.
Такая компартментализованная обработка имеет функциональное значение. В медленно пролиферирующих или дифференцированных клетках ядрышки демонстрируют меньшее количество, но увеличенные в размере единицы ФЦ-ПФК, что сопровождается менее эффективной обработкой МСУ и накоплением пре-рРНК МСУ вблизи внутренних областей ядрышка. Это в конечном итоге приводит к снижению производства рибосом.
Для количественной оценки взаимосвязи между обработкой пре-рРНК и организацией ядрышка исследователи ввели новый геометрический параметр, названный Относительным интерфейсом ФЦ/ПФК, который количественно связывает отдельные вложенные структуры ФЦ/ПФК с эффективностью обработки МСУ.
Антисмысловые олигонуклеотиды, нацеленные на 5′-внешнюю транскрибируемую область (5′ ETS) пре-рРНК МСУ, использовались для ингибирования обработки пре-рРНК, что воспроизводит структурные дефекты, наблюдаемые в медленно пролиферирующих клетках.
Результаты показали существенную роль обработки 5′ ETS в поддержании субструктур ядрышка. Примечательно, что эволюционные сравнения кинетики обработки пре-рРНК дополнительно подтвердили модель о том, что структура и функция ядрышка взаимозависимы.
Бипартитные ядрышки у анамниотов, таких как рыба-зебра, у которых отсутствует отдельный интерфейс ФЦ–ПФК, демонстрируют отчётливое распределение 5′ ETS и гораздо более медленную диффузию пре-рРНК по сравнению с многослойными ядрышками у амниот. Введение искусственного интерфейса ФЦ/ПФК в бипартитные ядрышки привело к повышению эффективности обработки, что позволяет предположить, что появление многослойной организации ядрышка могло дать эволюционные преимущества в производстве рибосом.
Это исследование устанавливает прямую связь между функцией на молекулярном уровне и архитектурой ядрышка на микронном уровне, раскрывая динамическую координацию между обработкой пре-рРНК и субструктурой ядрышка. Оно также предлагает потенциальные стратегии лечения заболеваний, связанных с ядрышком, путём воздействия на ключевые этапы биогенеза рибосом в субструктурах ядрышка.
Предоставлено:
[Китайская академия наук](https://phys.org/partners/chinese-academy-of-sciences/)
Другие новости по теме
- Механизмы репликации ДНК: исследование
- Новый метод использует микроводоросли для создания экологичных углеродных волокон
- Канада разваливается на части: геологи обнаружили скрытую линию разлома, которая может вызвать разрушительные землетрясения
- Киназы присутствуют во всех формах жизни — бактерии могут быть уязвимы для новых антибиотиков.
- Изменение климата оказывает незначительное влияние на сурков в настоящее время.
- NASA заперло их на год, чтобы сымитировать жизнь на Марсе. Сегодня они рассказывают, чем занимались: в основном играли в PS4
- Новые открытия о гнездовании восточного козодоя и росте птенцов
- Распределение глубоководных медуз указывает на наличие океанического барьера
- Торфяные болота бассейна Конго имеют возраст более 40 тысяч лет — это вдвое больше предыдущих оценок
- Точное картографирование отслеживает распространение древесных растений на лугах Великих равнин
Другие новости на сайте
- Биткоин: краткосрочные держатели получают скромную прибыль в 13% — вот что это значит
- Как литиевые стенки удерживают тритий в термоядерных реакторах
- Как литиевые стенки удерживают тритий в термоядерных реакторах
- Теплее, с вероятностью ледяного дождя: град может стать серьёзнее в австралийских городах
- Болота и торфяники: хранилища углерода природы требуют особого ухода
- Механизмы репликации ДНК: исследование
- Исследование выявило универсальную цветовую кривую для обжарки кофе арабика
- Mento выбирает Wormhole в качестве официального провайдера совместимости для поддержки мультичейн-валютных операций.
- Платформа высокочувствительных датчиков для быстрой диагностики заболеваний
- 🚨 Хоррор для PS5 и PS4 2023 года удаляют из магазинов! Пока доступна скидка 💸