RNase MRP快速耗竭诱导可逆增殖停滞的机制研究及其在细胞静息调控中的意义

本研究揭示了RNase MRP（核糖核酸酶MRP）在调控细胞可逆增殖停滞中的关键作用。研究人员通过条件性降解RNase P/MRP复合体蛋白亚基RPP40，发现快速抑制rRNA（核糖体RNA）生物合成可诱导人类细胞进入长期但可逆的增殖停滞状态。该研究首次证明靶向核糖体生物合成通路能直接触发类似静息（quiescence）的细胞状态，为理解干细胞维持、组织再生和癌症治疗提供了新视角。

　　

在生命活动中，细胞如何从活跃增殖状态进入静息（quiescence）是一个基础而神秘的生物学问题。这种可逆的增殖停滞现象对胚胎发育、组织稳态和干细胞维持至关重要，但其分子开关仍不明确。传统观点认为，静息主要受外部信号调控，而本研究独辟蹊径，发现直接干预核糖体生物合成这一核心代谢过程，竟能高效诱导出具有全部静息特征的细胞状态。

美国北卡罗来纳大学教堂山分校的Yuan Liu、Shiyang He等研究者通过基因工程技术，在HEK293T细胞中构建了RPP40蛋白的条件性降解系统（dTAG）。RPP40是RNase P和RNase MRP复合体的共有亚基，这两种RNA蛋白酶分别负责tRNA（转运RNA）和rRNA的加工成熟。当研究者用dTAG-13/dTAG-V1复合物快速降解RPP40后，细胞在48小时内完全停止增殖，但保持数周活力。撤除降解剂后，细胞能重新恢复增殖能力，且恢复速度与静息持续时间呈负相关。

关键技术包括：（1）CRISPR-PITCh基因编辑构建FKBP12F^F36V降解标签细胞系；（2）RNA-seq和TTchem-seq分析转录动态；（3）EnD-seq检测组蛋白mRNA 3'端修饰；（4）FISH-Flow定量28S rRNA水平；（5）海马能量代谢分析仪监测ATP生成速率。

结果解析

诱导性快速抑制tRNA和rRNA加工

通过Northern blot证实，RPP40降解导致RNase MRP催化RNA（RMRP）和RNase P催化RNA（RPPH1）水平急剧下降。rRNA前体（47S/45S）积累，ITS1位点切割受阻，28S rRNA总量7天内减少60%。而仅抑制RNase P（通过降解RPP21）仅影响tRNA加工，细胞仍缓慢增殖。

RNase MRP耗竭诱导长期可逆停滞

联合抑制RNases P/MRP使细胞在3天内完全停滞，形态变圆但仍存活>14天。撤除dTAG后，酶亚基重新积累，细胞恢复增殖。值得注意的是，35%停滞细胞保留S期DNA含量（2C-4C），但EdU掺入检测显示DNA合成完全停止。p53敲除实验证实该停滞是p53非依赖性的。

关键细胞功能渐进性衰退

翻译速率在24小时后骤降至5%，但转录活性保持较高水平（7天时仍有17%）。ATP产量同步下降，线粒体活性（MitoTracker）和mtDNA含量减少。这种"翻译优先关闭"的模式与经典静息状态一致。

急性转录重编程特征

RNA-seq显示，核糖体生物合成相关基因（如翻译起始因子、tRNA加工酶）显著上调，而分化相关基因下调。组蛋白mRNA（如H3、H4）稳态水平反常升高2-5倍，但新生转录本（TTchem-seq）实际减少，提示其稳定性增强。EnD-seq发现组蛋白mRNA 3'端非模板尿苷化增加，证实其"老化"积累。

组蛋白mRNA的异常定位

FISH显示组蛋白mRNA在胞质形成特异 puncta（斑点），不同于应激颗粒。这些mRNA可能因翻译抑制而逃逸降解，为细胞重启增殖储备关键元件。

结论与意义

该研究确立了RNase MRP介导的rRNA生物合成作为细胞静息的核心调控节点：（1）首次证明直接抑制核糖体生成足以诱导可逆停滞，无需传统信号通路参与；（2）揭示了"核糖体生物合成阈值"假说——当rRNA产量低于维持增殖的临界值时，细胞自动进入静息状态；（3）发现组蛋白mRNA在翻译抑制下的特殊稳定化机制，为理解细胞周期再激活提供新线索。

这项发表于《Nature Communications》的工作革新了对细胞静息机制的理解，为干细胞疗法、组织修复和癌症治疗（如诱导肿瘤细胞静息）提供了新靶点。技术层面，建立的dTAG快速降解系统为研究其他必需基因功能树立了范式。未来研究可探索RNase MRP活性是否参与天然静息（如干细胞niche）的调控，以及该通路在不同组织类型中的普适性。