Исследование раскрывает пространственно-временную координацию между обработкой пре-рРНК и архитектурой ядрышка

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/)

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте

Оставьте комментарий