核糖體是細胞中負責蛋白質翻譯的分子機器，在人源細胞中，40S小亞基由18S rRNA以及33種小亞基蛋白組成，60S大亞基由28S rRNA，5S rRNA，5.8S rRNA和47種大亞基蛋白組成。核糖體組裝是一個複雜且高度耗能的過程，在真核細胞中，超過200個組裝因子參與到核糖體亞基的組裝過程中。這些組裝因子參與了rRNA的轉錄、加工、修飾及折疊，核糖體蛋白的修飾及組裝，以及核糖體的構象成熟和出核轉運等一系列過程。臨床研究發現，人源核糖體蛋白或組裝因子的突變與一類遺傳發育疾病有直接關系，這類疾病被統稱為核糖體病（Ribosomopathy）。由于核糖體的合成或功能的缺陷，這些疾病通常具有造血功能受損與癌症易感性增加的特征。除此之外，核糖體組裝的活性異常上調也是很多類型癌症細胞的一個重要特征。

以釀酒酵母為模式生物，真核生物核糖體組裝的結構研究已經揭示了大、小亞基不同組裝階段（從核仁、核質到細胞質）的高分辨結構，數目衆多的組裝因子的分子功能獲得了解釋。真核細胞的核糖體組裝被認為是一個保守的過程，但是人源細胞的核糖體具有更高程度的複雜性，并且人源細胞被報道使用額外的組裝因子進行核糖體組裝過程。在過去的幾年裡，人源40S亞基相關的一系列組裝中間體結構已經獲得了解析，但是研究者對人源60S亞基組裝的結構研究仍然局限在其出核轉運前後的階段。

近日，beat365官方网站高甯課題組在Cell Research雜志在線發表題為“Visualizing the nucleoplasmic maturation of human pre-60S ribosomal particles”的研究論文，揭示了人源核糖體大亞基細胞核質内的成熟過程。

本研究以細胞核定位的組裝因子GNL2為誘餌，通過在其C端加入親和标簽進行純化，并通過冷凍電鏡解析了11個組裝前體複合物的高分辨率結構（圖一）。這些高分辨率的結構快照近乎以時間分辨率揭示了核糖體大亞基組裝過程中兩個主要結構重塑事件（Rotation of the Central Protuberance，中央突起作為整體的旋轉；Removal of the ITS2，内轉錄間隔區2的去除）的詳細信息，并且提供了相比模式生物釀酒酵母中相關結構更加豐富的結構細節。另外，本研究還發現了兩個新的組裝因子L10K和C11orf98。其中L10K早在30多年前首次被報道為大鼠腫瘤相關蛋白，但其确切功能此前仍不清楚，本研究首次證實了L10K作為組裝因子的作用。結構分析表明，許多組裝因子在核糖體同一位置作為連續的占位符來控制組裝因子結合和解離的時機，并且表現出不同結構域的多相結合特性。通過這種複雜的相互依賴關系，來引導rRNA逐漸到達成熟構象。論文關注到與mRNA翻譯過程的分子機制嚴密相關的區域，比如P-loop（大亞基上與P位點tRNA相互作用的區域），本研究發現組裝因子SDAD1促進了RNA螺旋H80折疊和P-loop的形成。關于大亞基肽基轉移酶中心（PTC）的成熟過程，本研究發現PTC的成熟過程開始于RNA螺旋H92的構象變化，并且GTPase GNL2感知H92的構象變化啟動GTP水解過程，進而使得大亞基組裝過程繼續進行，說明GNL2的GTP水解可能作為上遊組裝事件的質量檢查點，起到監控PTC成熟的作用。總體而言，本研究的結構數據表明，人源核糖體大亞基細胞核質内的成熟過程大體上在事件上是線性逐進的，但也存在平行組裝途徑。

此項工作整體結論表明人源核糖體大亞基在細胞核質的組裝過程與釀酒酵母高度保守，人源核糖體亞基的組裝在動力學以及調控機制上和模式生物酵母具有更大的差别。本研究提供的連續的結構快照和豐富的結構細節對于理解真核生物大亞基組裝過程提供了重要的分子基礎。

beat365官方网站高甯教授是本文的通訊作者，高甯實驗室2018級博士研究生張雲陽為本文第一作者。本研究得到了國家自然科學基金委、生命科學聯合中心、膜生物學國家重點實驗室、beat365官方网站啟東産業創新基金的經費支持，以及冷凍電鏡平台、北京大學電鏡實驗室、高性能計算中心、生科院儀器中心及鳳凰工程的技術支持。本研究也部分的得到了昌平實驗室的支持。

圖一、處于細胞核内不同組裝時期的人源核糖體大亞基組裝前體（pre-60S ribosomal particles）的冷凍電鏡結構 。

原文鍊接：https://www.nature.com/articles/s41422-023-00853-9