RNase MRP亚基组成及其在40S核糖体生物发生中的作用

《Nature Structural & Molecular Biology》：RNase MRP subunit composition and role in 40S ribosome biogenesis

研究揭示了RNase MRP复合物含有两个特异性亚基C18orf21（RMP24）和NEPRO（RMP64），并通过结构预测和功能分析发现，RMP24与RPP21的N端结构域相似但具有特异性互作区域，负责调控rRNA剪接和40S核糖体生物合成。RMP64突变导致复合物组装异常，并解释了部分遗传疾病的分子机制。研究为真核生物rRNA加工机制提供了新见解。

　　这篇文章深入探讨了RNase MRP和RNase P这两种酶在人类细胞中的功能及其相关蛋白成分。RNase MRP和RNase P在进化过程中具有密切的联系，它们分别在rRNA和tRNA的生物合成中起关键作用。尽管它们共享大部分的蛋白质亚基，但RNase P具有一个独特的亚基RPP21，而RNase MRP在人类中没有特异性的蛋白亚基，这限制了对RNase MRP功能的分子分析。研究人员通过结合遗传学和蛋白质组学方法，发现了两个新的RNase MRP特异性蛋白亚基：C18orf21（RMP24）和NEPRO（RMP64）。这一发现不仅扩展了我们对这两种酶的了解，还揭示了它们在细胞功能和疾病中的重要性。

首先，研究团队利用基因共依赖性分析，通过大规模的CRISPR–Cas9基因组筛选实验，发现C18orf21与多个RNase P/MRP共有的亚基具有遗传相关性。这一结果表明C18orf21可能是一个特异性亚基。通过免疫沉淀-质谱（IP–MS）实验进一步验证了这一假设，结果显示C18orf21与RPP14、RPP21等亚基存在相互作用，但与RPP21形成互斥的复合物。这种互斥性表明C18orf21可能特异性地结合到RNase MRP复合物中，而不是RNase P。结构预测显示，C18orf21和RPP21在N端结构上具有显著的相似性，但C18orf21的C端结构则不同，这可能决定了它们在不同复合物中的特异性。

为了进一步验证C18orf21的功能，研究团队进行了多种实验，包括细胞生长分析、翻译效率评估和核糖体生物合成的检测。结果显示，C18orf21的缺失显著降低了细胞的生长能力和翻译效率，并且影响了40S核糖体的生物合成。这些结果表明，C18orf21在维持细胞的正常功能中起着至关重要的作用。此外，研究团队还发现，C18orf21的缺失导致成熟18S rRNA的减少，以及ITS1区域未加工的rRNA的积累，这表明C18orf21在rRNA的成熟过程中具有关键作用。

接下来，研究团队发现NEPRO（RMP64）也是RNase MRP复合物的一个特异性亚基。通过IP–MS实验，他们发现NEPRO与RNase MRP的共同亚基和RMP24相互作用，但不与RNase P的特异性亚基RPP21相互作用。此外，研究团队还发现，RMP64与多种其他rRNA加工因子相互作用，表明其功能可能不仅限于RNase MRP复合物。值得注意的是，某些与疾病相关的RMP64突变会影响其与RNase MRP亚基的相互作用，这进一步支持了RMP64在RNA加工中的重要性。例如，研究团队发现，RMP64中的两个点突变（R94C和L145F）会显著降低其与RNase MRP复合物的相互作用，这可能解释了这些突变如何导致特定的疾病表现。

通过结构预测，研究团队还揭示了RMP64和RMP24在RNase MRP复合物中的位置和相互作用。AlphaFold 3预测显示，RMP64与POP1之间的相互作用主要发生在R94和L145位点，这可能与某些疾病相关。此外，研究团队还发现，RMP64与POP1之间的界面是多个疾病相关突变的热点，这表明该区域对于RNase MRP复合物的形成和功能至关重要。这些发现不仅有助于理解RNase MRP复合物的结构和功能，还为相关疾病的分子机制提供了新的视角。

研究团队还分析了RNase MRP在不同条件下的功能表现。例如，他们发现，当C18orf21被敲除时，细胞的生长能力显著下降，这可能与细胞凋亡和死亡的增加有关。这些结果与之前的研究一致，表明RNase MRP对于细胞的生存至关重要。此外，研究团队还发现，RNase MRP对40S核糖体的生物合成具有偏好性，而对60S核糖体的影响较小。这表明RNase MRP可能在40S核糖体的成熟过程中发挥关键作用。

为了进一步探讨这些蛋白亚基在细胞中的作用，研究团队还进行了RNA提取和分析，比较了不同条件下的rRNA和mRNA水平。他们发现，C18orf21的缺失导致成熟18S rRNA的减少，以及ITS1区域的未加工rRNA的积累，这表明C18orf21在rRNA的成熟过程中具有重要作用。此外，他们还发现，RMP64的缺失同样影响了成熟18S rRNA的水平，并且与C18orf21和RPP14的缺失具有相似的效应。这些结果进一步支持了RNase MRP在rRNA成熟中的关键作用。

研究团队还利用定量PCR和RNA测序技术，分析了不同基因敲除条件下的RNA水平变化。他们发现，C18orf21的缺失导致ITS1区域的未加工rRNA增加，而RPP14的缺失则显示出类似的效应。这表明，这些蛋白亚基在rRNA加工过程中可能具有互补的功能。此外，研究团队还发现，某些与疾病相关的突变会影响这些蛋白亚基与RNA的相互作用，从而导致rRNA加工的异常。

总的来说，这项研究揭示了RNase MRP复合物中两个新的特异性蛋白亚基C18orf21和NEPRO，并详细探讨了它们在rRNA加工、核糖体生物合成以及细胞功能中的作用。这些发现不仅加深了我们对RNase MRP复合物的了解，还为相关疾病的分子机制提供了新的线索。此外，研究团队还利用结构预测和功能分析，揭示了这些蛋白亚基在复合物中的具体位置和相互作用，这有助于理解它们在细胞中的功能。这些结果对于进一步研究RNase MRP在细胞生物学中的作用以及相关疾病的治疗具有重要意义。