Nature：陈玲玲团队揭示核仁pre-rRNA的时空分布及其对核仁结构的调控机制

撰文丨王聪

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

多层结构的核仁是核糖体生物合成的主要场所，在这里，构成核糖体小亚基（SSU）和大亚基（LSU）的rRNA前体（pre-rRNA）依次成熟。然而，pre-rRNA 加工与核仁亚结构之间的空间功能关系，以及这种关系如何适应细胞生理需求的变化，一直未被完全理解。

2025 年 7 月 23 日，中国科学院分子细胞科学卓越创新中心陈玲玲研究员团队（博士生潘宇航、博士后单琳、博士生张宇瑶为共同第一作者）在国际顶尖学术期刊Nature上加速上线了题为：Pre-rRNA spatial distribution and functional organisation of the nucleolus 的研究论文。

该研究系统解析了构成核糖体大小亚基的rRNA前体（pre-rRNA）在核仁中的动态成熟过程，发现了核糖体小亚基（SSU）pre-rRNA 的加工效率直接调控核仁内层结构的稳定性，提出了 pre-rRNA 加工的区域化模型及其在多层结构核仁的功能与进化中具有重要意义。

真核细胞的细胞核中的核仁由多个不同的区室在三维空间中嵌套而成，从内向外依次包括：纤维中心（Fibrillar Center，FC）、致密纤维组分（Dense Fibrillar Component，DFC）、致密纤维组分外侧区域（periphery of DFC，PDFC）和颗粒区（Granular Component，GC）。这些 区室 各司其职，协同完成核糖体前体RNA（ pre-rRNA ） 的转录、加工修饰及核糖体亚基的组装等关键步骤，最终 产生 近乎成熟的核糖体 大、小 亚基 。

在这项最新研究中，研究团队通过时空分析揭示了人类核仁中核糖体亚基加工的区室特异性，小亚基加工体维持在纤维中心/致密纤维组分/致密纤维组分外侧区域（FC/DFC/PDFC），而大亚基 pre-rRNA 主要转移到致密纤维组分外侧区域/颗粒区（PDFC/GC）。

增殖缓慢的细胞表现出出乎意料的以 5' 外转录区（5' ETS）为中心的核糖体小亚基（SSU）加工障碍，同时伴有 FC/DFC 结构重塑以及 SSU 输出受阻。直接对 5' ETS 加工的干扰至少部分重现了这些 FC/DFC 的变化，这支持了 SSU 加工与核仁结构之间的功能相互依赖性。

值得注意的是，低等的无羊膜动物（例如斑马鱼）的双层核仁（其纤维中心和致密纤维中心融合）表现出独特的 5'ETS 分布，并且其 pre-rRNA 的流动速度比羊膜动物（例如哺乳动物）的多层核仁要慢。在双层核仁中创建 FC/DFC 物理分界面可提升 pre-rRNA加工效率，说明嵌套式 FC/DFC 结构在进化中的形成可能优化了此类生物大分子的加工效能。

总体而言，该研究描绘了核糖体前体 RNA（pre-rRNA）的时空分布，揭示了以 5'ETS 为中心的小亚基加工在维持核仁亚结构方面的重要作用，并表明了羊膜动物多层核仁结构可能具有的进化优势。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-025-09412-1