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在细胞生物学研究中，基因表达调控至关重要。为探究核糖体组成的异质性，研究人员对 14 种成年小鼠器官的核糖体进行蛋白质组学分析。结果发现核糖体在不同器官存在 RP 组成差异，这为研究基因表达调控提供新视角。
在细胞的微观世界里，基因表达调控就像一场精密的交响乐，每个环节都至关重要。长久以来，人们认为从 mRNA 合成蛋白质的翻译过程在所有细胞生物中都是一成不变的。但随着研究的深入，越来越多的证据表明，翻译过程会受到翻译机制可变特征的精细调节。其中，核糖体作为蛋白质合成的功能单元，其组成可能会根据发育阶段、细胞类型或生理病理环境而发生变化，这暗示着基因表达调控存在新的层面。然而，目前不同器官和组织中核糖体蛋白（Ribosomal Proteins，RPs）组成的异质性仍缺乏全面的研究。为了解开这一谜题，来自法国格勒诺布尔阿尔卑斯大学（Univ. Grenoble Alpes）等机构的研究人员开展了深入研究。他们的研究成果发表在《Cellular and Molecular Life Sciences》杂志上，为我们理解基因表达调控提供了新的方向。
研究人员采用了多种关键技术方法。首先是组织采样和核糖体纯化，他们从野生型成年小鼠的 14 种不同组织中获取样本，并通过亚细胞分级分离法纯化核糖体。接着运用基于质谱（Mass Spectrometry，MS）的定量蛋白质组学技术，对核糖体的蛋白质组成进行分析。此外，还借助了蛋白质定量、Western blot、Coomassie 染色等技术对结果进行验证和进一步分析，同时利用已发表的转录组数据集来探究 RPs 表达差异的根源。
研究结果主要分为以下几个方面：
- 核糖体组分特征：研究人员成功从不同成年小鼠组织中纯化出核糖体，并对其进行分析。通过 Western blot 和 Coomassie 染色等方法，证实了所制备的核糖体组分富含 RPs 且污染较少。在 14 种分析的组织 / 器官中，鉴定出 85 种不同的 RPs，不同组织中可靠检测到的 RPs 数量在 76 - 82 之间，且多数组织的核糖体组分中 RPs 占总蛋白量的 40% 以上，表明核糖体得到了有效富集。
- RP 组成差异：通过聚类分析和统计检验，研究发现核糖体的 RP 组成在不同组织间存在异质性。部分 RPs 在不同组织中的丰度较为稳定，而一些 RPs 则呈现出可变的丰度，这些可变 RPs 可分为不同的组，包括在特定组织中特异性表达的 RP paralogs、在多数组织中丰度变化较大的 RPs 以及在特定组织中丰度有差异的 RPs 。例如，Rpl3l 仅在心脏和肌肉的核糖体组分中被检测到，而 Rpl10l 仅在睾丸核糖体中存在，且相应的 canonical RP 在这些组织中的丰度会降低，这表明 paralog 可能会替代 canonical RP。
- 可变 RP 定位：利用 Chimera 软件和 PDB 数据库分析发现，可变 RPs 位于核糖体的外周区域或关键功能位点，如 mRNA 进入位点、tRNA 结合位点等。这表明这些 RPs 可能在核糖体的功能调控中发挥重要作用，其位置的差异可能影响翻译过程的特异性和效率。
- 靶向蛋白质组学验证：为进一步确认 RP 的特异性特征，研究人员进行了靶向蛋白质组学分析。对选定的 RPs 进行分析后发现，结果与之前的无标记蛋白质组学方法所得结论一致，进一步证实了不同组织中核糖体 RP 组成的差异。例如，Rpl3l/Rpl3 和 Rpl10l/Rpl10 在肌肉组织和睾丸中分别呈现出相互平衡的关系，可作为相应组织 RP 组成的标记。
- 转录与蛋白质水平相关性：研究人员将蛋白质组学分析结果与转录组数据集进行比较，发现多数稳定 RPs 的转录表达在不同器官中无显著变化，部分可变 RPs 的转录水平与蛋白质丰度存在相关性，但也有一些可变 RPs 在转录水平和蛋白质丰度之间缺乏明显关联。这表明 RP 的表达可能受到转录后调控和 / 或 RPs 整合到核糖体过程的调控，从而导致不同器官中核糖体 RP 组成的差异。
在研究结论和讨论部分，该研究明确证实了成年小鼠不同器官的核糖体存在 RP 组成的异质性，这支持了特定核糖体特征的概念，表明这种差异可能在器官或组织特异性的发育和功能调控中发挥重要作用。虽然目前还不清楚这些异质性如何具体影响翻译过程以及组织的发育和稳态，但研究结果为后续研究提供了重要的线索和方向。例如，组织特异性的 RP 表达可能通过调节 mRNA 翻译的不同阶段来影响组织发育和稳态，可变 RPs 可能在翻译调控中具有特殊功能，这可能与细胞类型特异性功能的实现有关。此外，研究还发现 RP 转录水平和蛋白质丰度之间的不一致，这提示了转录后调控和 RPs 整合到核糖体过程的调控在其中起到了关键作用。这些发现为深入理解基因表达调控机制提供了新的视角，也为未来研究核糖体异质性在健康和疾病中的作用奠定了基础，有望为相关疾病的治疗和干预提供新的靶点和思路。
