真核細(xì)胞的核仁是一個無膜細(xì)胞器，具有特征性的三層結(jié)構(gòu)：纖維中心（FC）、致密纖維組分（DFC）和顆粒組分（GC）。這種高度有序的區(qū)室化如何形成，一直是細(xì)胞生物學(xué)領(lǐng)域的重要謎題。盡管已知核仁是核糖體RNA（rRNA）合成與加工的場所，但rRNA本身是否參與構(gòu)建核仁的多層架構(gòu)，此前尚不明確。

2026年4月7日，《Molecular Cell》雜志發(fā)表了浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第四醫(yī)院、浙江大學(xué)國際健康醫(yī)學(xué)研究院馬為銳研究員團隊與中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)侯中懷、項晟祺教授團隊合作完成的研究論文“Multivalent 28S rRNA expansion segments enable reconstitution of multilayered nucleolar architecture”。該研究發(fā)現(xiàn)，28S rRNA通過其擴展片段介導(dǎo)的多價RNA-RNA相互作用，是核仁形成三層套疊結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵驅(qū)動力。

研究人員首先利用RNA酶L激活實驗和Pol I抑制劑處理，證實RNA（尤其是rRNA）對維持核仁中DFC的中空殼狀結(jié)構(gòu)不可或缺。隨后通過超分辨RNA熒光原位雜交，發(fā)現(xiàn)不同rRNA在核仁亞區(qū)呈現(xiàn)精確定位：5.8S rRNA富集于DFC，18S rRNA僅微弱富集，而28S rRNA主要分布于GC區(qū)并被排除在FC之外。這提示28S rRNA可能在核仁區(qū)室化中扮演特殊角色。

為直接驗證功能，團隊建立了體外核仁重構(gòu)體系。將純化的NPM1（GC標(biāo)志物）、FBL（DFC標(biāo)志物）與28S rRNA混合后，F(xiàn)BL自發(fā)形成環(huán)形中空結(jié)構(gòu)，內(nèi)部排除NPM1，并可在加入POLR1D（FC標(biāo)志物）后進一步組裝成GC-DFC-FC三層類核仁結(jié)構(gòu)。而5.8S或18S rRNA單獨均無法誘導(dǎo)該現(xiàn)象，表明28S rRNA是DFC殼狀結(jié)構(gòu)形成的關(guān)鍵誘導(dǎo)因子。

結(jié)構(gòu)域突變分析顯示，F(xiàn)BL的GAR結(jié)構(gòu)域與甲基轉(zhuǎn)移酶結(jié)構(gòu)域、NPM1的寡聚化結(jié)構(gòu)域與RNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域均不可或缺，說明蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)-RNA相互作用共同驅(qū)動了類DFC結(jié)構(gòu)的組裝。更重要的是，研究者發(fā)現(xiàn)28S rRNA自身能夠發(fā)生多價RNA-RNA相互作用，形成高分子量復(fù)合物。利用熒光共振能量轉(zhuǎn)移和RNA退火實驗證實，這種自相互作用在凝聚體內(nèi)部顯著增強；而使用RNA嵌入劑多柔比星抑制RNA-RNA互作后，類DFC結(jié)構(gòu)完全消失。

比較進化分析揭示，具有三層核仁的物種（人、小鼠、雞）的28S rRNA長度顯著長于雙層層核仁物種（果蠅、線蟲），且擁有更長的富含GC的擴展片段。這些擴展片段賦予28S rRNA更強的多價RNA-RNA互作能力。來自三層核仁物種的28S rRNA能高效誘導(dǎo)類DFC結(jié)構(gòu)形成，而雙層層物種的28S rRNA則不能——盡管它們與蛋白質(zhì)的結(jié)合親和力相似。進一步通過刪除或插入擴展片段（尤其是ES7、ES15和ES27），研究者證實這些片段是決定28S rRNA多價性的功能模塊，并可跨物種轉(zhuǎn)移：將人的ES7/15/27插入線蟲26S rRNA后，后者獲得了增強的多價互作能力和類DFC結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)能力。

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