蛋白质-RNA网络介导的相分离机制调控核仁内核糖体组装的层级化组织

本研究通过解析核仁内蛋白质-蛋白质和蛋白质-RNA相互作用网络，揭示了相分离（PS）驱动核仁多层区室化形成的分子机制，阐明了核仁作为核糖体生物合成工厂的动态组装原理，为理解相分离异常导致的癌症与神经退行性疾病提供了新视角。

　　

在细胞核这个精密运转的"控制中心"里，核仁作为最大的无膜细胞器，已经让科学家着迷了两个多世纪。这个神秘的结构不仅是核糖体的"生产车间"，还参与应激响应、细胞周期调控等关键生命活动。然而，核仁如何在没有生物膜分隔的情况下，实现核糖体组装这种高度复杂且有序的生化反应？这个困扰学界已久的谜题，随着相分离（Phase Separation, PS）理论的提出迎来了突破性进展。

美国圣犹达儿童研究医院（St. Jude Children's Research Hospital）的Priyanka Dogra和Richard W. Kriwacki团队在《Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - General Subjects》发表的研究，系统阐述了核仁通过蛋白质-RNA相互作用网络实现相分离，进而建立多层区室化结构的分子机制。研究人员综合运用活细胞成像、生物物理特性分析和体外重构实验，结合对核仁蛋白结构特征的解析，揭示了核仁三层结构（纤维中心FC、致密纤维组分DFC和颗粒组分GC）形成的动态过程。

研究首先证实核仁组织区（NORs）上rDNA的转录是核仁形成的起点。通过分析核仁蛋白（如nucleolin、fibrillarin和nucleophosmin）的结构特征，发现这些蛋白同时包含折叠结构域和内在无序区（IDRs），能通过多价相互作用（multivalent interactions）形成动态网络。其中，带正电荷的IDRs与带负电荷的rRNA产生静电相互作用，而折叠结构域则介导特异性结合，共同驱动相分离形成生物分子凝聚体（biomolecular condensates）。

核仁结构及其在核糖体生物发生中的作用

核仁的三层结构对应着核糖体组装的流水线：FC区进行rDNA转录，DFC区完成rRNA修饰和剪切，GC区则负责核糖体亚基的组装。这种空间分隔使得rRNA在成熟过程中能有序地与不同组分的蛋白质相互作用，形成"内向外"的加工梯度。

通过相分离实现核仁组件的动态组装

研究发现核仁的粘弹性（viscoelasticity）特性对核糖体亚基的向外运输至关重要。通过荧光漂白恢复实验（FRAP）证实，核仁各组分的流动性存在显著差异：GC区流动性最高，而DFC区相对固化，这种梯度变化确保了核糖体组装的时空协调性。

核仁相变在疾病发病机制中的作用

当细胞受到应激时，核仁会从液态转变为固态，这种相变与神经退行性疾病和癌症密切相关。例如，在阿尔茨海默病中，tau蛋白异常聚集会破坏核仁的液态特性，导致核糖体生物发生障碍。

这项研究不仅阐明了核仁组装的物理化学基础，更重要的是建立了相分离异常与人类疾病的直接联系。核仁作为细胞应激的"传感器"，其相变过程可能成为治疗癌症和神经退行性疾病的新靶点。该研究为理解无膜细胞器的组织原理提供了范式，对人工设计功能性生物分子凝聚体具有重要指导意义。