高等植物RPS2调控核糖体生物合成过程的分子机理研究

Ribosomes are ribonucleoprotein (RNP) nanomachines that convert the genetic information encoded in mRNAs into proteins. As a major consumer of the cell’s resources, ribosome biogenesis plays an essential role in cells. Because ribosome biogenesis is so closely linked to the growth and proliferation of cells, dysregulation of ribosome assembly has serious consequences on the health of organisms. Complete loss-of-function mutations in most ribosomal proteins and assembly factors are lethal; while partial loss-of-function mutations of these molecules can cause diverse diseases. Ribosome biogenesis pathway in yeast is well established, while that in Arabidopsis remains unclear. Our previous result showed that pre-rRNA processing pathway in Arabidopsis is similar to that in human. In this grant proposal, we will investigate the molecular mechanism of ribosomal protein RPS2 regulating pre-rRNA processing and protein translation in Arabidopsis.

作为蛋白质合成的场所，核糖体扮演着十分重要的角色。核糖体生物合成是细胞中最复杂和最耗能的基本生命过程之一，受到严格的调控和监督。核糖体生物合成与细胞生长和增殖密切相关，该过程的异常会导致严重的后果。大多数核糖体蛋白和组装因子的完全缺失突变是致死的，而部分缺失突变则会导致多种人类遗传疾病。核糖体生物合成过程及其调控方式的研究是生物学研究的热点之一，但高等植物中相关的研究还很欠缺。我们前期的研究结果表明，相对于核糖体生物合成研究得较为清楚的单细胞酵母，拟南芥的rRNA前体加工方式与人类细胞更为相似。本项目以拟南芥为研究材料，综合运用生物化学、遗传学、大规模组学和生物信息学等手段，以核糖体蛋白RPS2为切入点，系统深入地研究RPS2参与核糖体生物合成过程的调控机制。本项目的研究成果不仅有助于阐明高等植物核糖体生物合成的过程和调控网络，同时也将为深入了解核糖体相关的多种疾病的作用机制提供新思路。

核糖体生物合成是细胞内最复杂、最耗能的生物学过程，该过程受到严格的监管和调控。其中核糖体RNA前体的转录和加工过程主要发生在核仁中，但植物中rRNA前体加工的具体过程和机制研究并不是很清楚。在基金委上一个面上项目的资助下，我们发现拟南芥精氨酸甲基转移酶AtPRMT3参与调控rRNA前体的加工过程，但具体的分子机制还有待于深入分析！在本项目的资助下，我们筛选到与AtPRMT3互作的核糖体小亚基蛋白RPS2，并发现rps2a2b突变体和atprmt3具有相似的生长发育和rRNA前体加工的缺陷。通过免疫沉淀实验，我们发现RPS2直接与rRNA前体结合，并能招募核糖体加工因子，包括U3 snoRNP在内的90S/SSU加工复合体等，从而参与rRNA前体加工和核糖体组装过程，揭示了AtPRMT3和RPS2调控rRNA加工和核糖体组装的分子机理和调控网络。本项目的研究成果不仅进一步阐明了高等植物核糖体生物合成的过程和调控网络，同时也为深入了解核糖体相关的多种疾病的作用机制提供了新思路。