高宁研究组《自然》在线发表论文报道酵母核糖体组装前体的高分辨冷冻电镜结构
2016年5月25日,清华大学高宁研究组与合作者在《自然》(Nature)杂志在线发表了题为《细胞核内的核糖体组装前体结构揭示了装配熟因子的功能多样性》(Diverse roles of assembly factors revealed by structures of late nuclear pre-60S particles)的研究论文,报道了位于酵母细胞核内的一系列组成上和结构上不同的核糖体60S亚基前体复合物的冷冻电镜结构,确定了近20种装配因子在核糖体上的结合位置及其原子结构。本论文所含有的丰富的结构信息为详细分析真核核糖体装配过程中的多种装配因子的功能和分子机制提供了基础。 真核核糖体的成熟是一个高度复杂的过程,包括核糖体蛋白装配以及rRNA的剪切加工,需要76 snoRNAs和超过200种装配因子的调控。然而绝大多数真核装配因子的结构以及其行使功能的分子机理完全未知。这些数目众多的装配因子在组装过程的不同时间点发挥作用,介导了核糖体组装的全过程,包括核仁,核质、跨核孔复合物的运输,以及胞质的装配过程。真核细胞的核糖体的组装调控与细胞的生长调控通路密切相关,某些装配因子的突变会导致核糖体生物生成的失调,引起一系列的人类遗传性疾病(称为ribosomopathies)。此外,特定组装因子(例如eIF6)过表达在多种人类癌症细胞中被发现。 本论文纯化了酵母细胞内源的核糖体组装中间体,并运用冷冻电镜三维重构方法,得到一系列不同状态的三维结构。其中一种状态的三维结构分辨率达到3.08 埃,其核心部分的分辨率可达2.8 埃,是核糖体组装国际领域迄今为止分辨率最高的结构。基于这一冷冻电镜结构,本文作者获得了19种组装因子(全长或者片段)的原子模型。更为重要的是,结构信息阐释了两个重要的调控GTP酶Nog2和Nog1的生理功能及其可能的分子机制。它们作为中心枢纽蛋白与多种不同的装配因子以及有功能活性的核糖体RNA片段相互作用,在复合物的结构重塑以及跨核膜输出过程中发挥重要的作用。 清华大学生命学院高宁研究员和美国卡内基梅隆大学John L. Woolford Jr教授为本文共同通讯作者,清华大学生命学院2013级博士生吴姗为本文第一作者。北京生命科学研究所董梦秋教授及谭丹博士参与了化学偶联交联质谱鉴定的工作。本研究中冷冻电镜数据收集和处理工作获得了国家蛋白质科学(北京)设施清华大学冷冻电镜平台及高性能计算平台支持。本研究获得中国科技部、国家自然科学基金委、清华大学自主科研、北京高精尖结构生物学中心的经费支持。
图1酵母核糖体大亚基组装中间体的3.08埃冷冻电镜结构。a,3.08 Å冷冻电镜密度图,核糖体蛋白颜色为米色,核糖体RNA颜色为灰色。b,19个装配因子的原子模型。