叶克穷研究组开发高分辨技术解析核糖体RNA加工机制

　　2024年7月12日，中国科学院生物物理研究所叶克穷研究组在《Nucleic Acids Research》杂志在线发表了题为"High-resolution landscape of ribosomal RNA processing and surveillance"的研究论文。该研究开发了一种鉴定核糖体RNA (rRNA) 加工中间体的高分辨技术，并发现rRNA加工和质量控制过程中的多个新机制。

　　rRNA是细胞中最丰富的RNA，在真核生物中约占RNA总量的80%。rRNA的合成是非常重要、复杂和保守的细胞活动，其前体需要经过一系列核酸内切酶和核酸外切酶的加工，才能产生成熟的18S、5.8S和 25S rRNA。有缺陷的加工产物还会通过细胞核内的质量控制机制被降解。在酵母中的多年研究已经揭示了rRNA加工的主要途径，但仍有一些步骤还未被解析。

　　检测rRNA加工中间体的传统方法，如Northern印迹杂交，由于分辨率和灵敏度所限，无法鉴定一些低丰度、长度连续的分子。该研究开发了CircTA-seq高通量技术，通过RNA环化、接头定向扩增和深度测序，能在单分子和单碱基水平鉴定rRNA加工中间体。

　　研究人员利用该技术定量分析了15种突变体对酵母rRNA前体的影响，揭示了rRNA加工通路的多个未知机制。5.8S rRNA的5'末端有长短两种类型，它们被认为是通过两个不同的途径产生的。研究人员发现随着rRNA加工的进行，长型末端能缓慢的转化为短型末端，因此提出一个统一的模型解释它们产生的机制。另外，研究人员发现了5.8S rRNA 3'末端加工的起始过程。其前体的3'末端首先被Rex1和Rex2核酸外切酶降解，随后被Trf4加上多聚腺苷，然后被激活的外切体（exosome）降解。研究还揭示了25S rRNA的3'末端是通过4个Rex核酸外切酶的依次切割形成的。

　　rRNA加工还受到核内质量控制系统的监控，有缺陷的产物会被加上多聚腺苷尾巴，然后被外切体降解。该研究精确测量了rRNA前体的多聚腺苷尾巴的分布，揭示了20S前体降解效率和多聚腺苷尾巴长度的依赖关系，发现降解中间体经常被高度多聚腺苷化的现象。该研究还发现了18S rRNA缺陷前体通过5'降解过程产生的新型中间体。

　　总之，该研究开发了高分辨新技术鉴定rRNA加工中间体，发现了rRNA加工和质量控制过程中的多个新机制，显著完善了经典的rRNA加工通路。

　　该项工作在中国科学院生物物理研究所完成。叶克穷研究员为论文的通讯作者，安卫东博士为论文的第一作者，叶克穷组的严云霄也参与了该项工作。该研究得到了国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技计划和国家重点研发计划等项目的资助。

图：CircTA-seq技术发现酵母核糖体RNA加工和降解的新机制

　　文章链接：https://doi.org/10.1093/nar/gkae606

（供稿：叶克穷研究组）