Nature新研究对细胞线粒体中发现的独特核糖体提出了新见解

Yeast and human mitoribosomes — **图片:酵母丝裂蛋白体的亚单位(粉红色)与人类丝裂蛋白体的亚单位(紫色)的比较。虽然不同，但这两个发展中的子单元有一个共同的组装因子(绿色)。**
图片来源:Sebastian Klinge

核糖体是细胞内微小的蛋白质生产工厂，在整个生命之树中无处不在，看起来基本相同。从结构上看，那些让细菌继续运转的核糖体与我们人类细胞中大量生产蛋白质的核糖体没有太大区别。

但是，即使是具有相似核糖体的两个生物体，有丝核糖体的RNA和蛋白质成分也可能显示出显著的结构差异。线粒体内的特殊核糖体(我们细胞内的能量产生实体)，有丝核糖体帮助线粒体产生制造ATP的蛋白质，ATP是细胞的能量货币。

Sebastian Klinge实验室的科学家们想知道有丝分裂核糖体是如何进化的，它们是如何在细胞内组装的，以及为什么它们的结构在不同物种之间如此不一致。为了回答这些问题，他们使用冷冻电子显微镜生成了酵母和人类有丝分裂核糖体组装时的小亚单位的3D快照。他们的发现发表在《自然》杂志上，揭示了丝裂蛋白体组装的基本原理，并可能对与丝裂蛋白体故障有关的罕见疾病产生影响。

实验室的Nathan Harper说:“三维图像可以告诉我们需要哪些步骤，在这个过程中涉及哪些蛋白质，以及你可能如何调节这些大型复杂机器的组装。”Klinge实验室的研究生Chloe Burnside补充说:“Cryo-EM使我们能够从异质纯化复合物中识别和分离组装途径的各个阶段，我们能够看到这些复合物在组装过程中是如何随时间变化的。”

通过在酵母和人类这两个不同物种中观察这一过程，研究小组成功地直接观察到线粒体组装的许多相似点和不同点。一个关键的区别是:不同的蛋白质通常参与了其他类似的RNA折叠行为。Harper解释说，这可能是因为“这些核糖体存在共同的障碍”。“你可以把它想象成制造两种不同的自行车——一辆公路自行车和一辆山地自行车。你可能需要额外的零件或工具，但在生产的某些关键阶段是相似的。”

这些结果为大分子复合物中分子复杂性和多样性的产生以及组装系统如何随着复合物本身而进化提供了独特的见解。更好地了解丝裂蛋白体也可能对一系列与丝裂蛋白体功能障碍相关的严重疾病有影响，如佩诺特综合征。“我们能够将各种致病突变映射到不同的组装因子结构上，这样我们就可以看到这些突变是如何影响核糖体组装过程的。”