Mol Cell：程净东等揭示RNA外切酶体参与90s核糖体前体的切割

来源：BioArt

真核生物核糖体的组装是细胞内最重要也是最耗能的过程之一，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多种疾病密切相关，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位点A1、A2 (或者位点A3) 的切割以及一系列组装因子的作用，40S小亚基的前体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【1】。近期，关于90S核糖体前体A1位点的切割前后，以及90S核糖体前体如何转变成pre-40S核糖体等一系列过程的冷冻电镜结构已经被解析，但现有上述结构的分析仅推出RNA解旋酶Dhr1在A1位点的切割中起重要作用，是否有其他的解旋酶参与并提供动力仍然未知【2-4】（详见BioArt报道：程净东博士等连续在Nature、NSMB上发文解析核小体组装的过程；Molecular Cell | 程净东博士等揭示报道了一系列90S核糖体前体的组装过程；Science背靠背 | 程净东、叶克穷等揭示90S核糖体前体A1位点的切割以及90S向40S转变的机制）。

图1. 核糖体的组装示意图【1】

2020年12月15日，来自慕尼黑大学Roland Beckmann教授课题组的程净东博士以及海德堡大学Ed Hurt课题组的合作者在Molecular Cell发表了 Structure of the Maturing 90S Pre-ribosome in Association with the RNA Exosome 的研究文章。

在对90S核糖体的研究中，研究者们总会发现样品中有细胞核内RNA Exosome（RNA外切酶体）的富集。本文作者首先利用生化和负染电子显微镜技术检验了纯化自不同蛋白的90S核糖体前体中RNA Exosome的含量，发现RNA Exosome倾向于特异性富集在特定的样品中，而这些样品主要纯化的是A1位点切割以及90S向40S转变的核糖体前体。因此作者推断，RNA Exosome或与Dhr1一样，在A1位点的切割中发挥重要作用。接下来作者在正常生长条件下，利用90S核糖体前体中的Dim1组分和RNA Exosome中的Csl4组分同时进行纯化，以富集同时含有90S核糖体前体和RNA Exosome的样品。再利用冷冻电镜单颗粒分析手段得到两个90S-Exosome super complex。在这个两个super complex中，90S核糖体前体的A1位点分别呈现出未被切割的Pre-A1状态和已被切割的Post-A1状态，而RNA Exosome的构象并没有明显差异。RNA Exosome仅通过RNA解旋酶Mtr4结合在90S核糖体前体上，它主要与Sof1模块、Utp6和Utp18蛋白相互作用，而这一区域恰好是5’ETS RNA的3’端。进一步的生化研究则表明，RNA Exosome正在处理5’ETS RNA。值得一提的是，作者在文末对领域内90S pre-ribosome与SSU processome的命名问题重新进行了说明，将本文中得到的90S Exosome super complex定义为SSU processome，以消除歧义。

该研究第一次证明了在正常的生长条件下，RNA Exosome与90S核糖体前体形成super complex。区别于基因敲除或突变的情况，RNA Exosome与A1位点切割前和切割后的90S核糖体前体均有结合，表明RNA Exosome与Dhr1一样都是A1位点切割不可缺少的动力。连同之前的研究，作者阐释了完整的90S核糖体前体A1位点的切割机制。

参考文献

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

2.J. Cheng et al., 90S pre-ribosome transformation into the primordial 40S subunit. Science 369, 1470-1476 (2020).

3.J. Cheng et al., Thermophile 90S Pre-ribosome Structures Reveal the Reverse Order of Co-transcriptional 18S rRNA Subdomain Integration. Molecular cell 75, 1256-1269 e1257 (2019).

4.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).