植物核膜与线粒体定位的OPENER复合体调控核糖体生物发生的分子机制

本研究揭示了植物中OPENER(OPNR)蛋白复合体在60S核糖体亚基组装中的关键作用。研究人员通过CRISPR/Cas9基因编辑、蛋白质互作分析和三维结构建模等技术，发现由OPNR、OAP1、OAP2、CDC48D和CIP111组成的异源AAA+ATP酶复合体通过提取RPL24C来调控前60S核糖体的成熟过程。该研究不仅首次报道了植物核糖体生物发生与线粒体的关联，还为理解真核生物核糖体组装的进化差异提供了新视角，相关成果发表在《Nature Communications》上。

　　

核糖体作为细胞中负责蛋白质合成的分子机器，其组装过程在真核生物中高度保守但存在物种特异性差异。长期以来，科学家们对酵母和动物细胞中核糖体生物发生的研究较为深入，但对植物这一重要过程的认识仍存在显著空白。特别是在植物特有的生长发育过程中，核糖体组装如何适应其独特的细胞结构和能量需求，一直是悬而未决的科学问题。更引人注目的是，植物细胞中存在一个特殊的细胞器——线粒体，其与核糖体生物发生之间的潜在关联从未被揭示。

瑞典农业科学大学的研究人员通过系统的遗传学、细胞生物学和结构生物学研究，发现了一个定位在核膜和线粒体上的OPENER(OPNR)蛋白复合体，该复合体在拟南芥60S核糖体亚基组装过程中发挥关键作用。这项研究不仅填补了植物核糖体生物发生领域的知识空白，还首次揭示了线粒体参与调控核糖体组装的分子机制，相关成果发表在《Nature Communications》上。

研究人员主要采用了以下关键技术方法：1) CRISPR/Cas9诱导的基因编辑系统构建突变体；2) 免疫共沉淀结合质谱分析鉴定蛋白互作网络；3) AlphaFold和DMFold进行蛋白质结构预测和建模；4) 聚焦离子束扫描电镜(FIB-SEM)观察线粒体三维结构；5) 蔗糖密度梯度离心分析核糖体组分。

研究结果部分，作者通过多个实验系统揭示了OPNR复合体的功能和机制：

"Mutations in OPENER ASSOCIATED PROTEIN 1(OAPI) and OAP2 causes similar seed abortion phenotype as opnr"部分显示，OAP1和OAP2突变体表现出与opnr相似的胚珠/种子败育表型，三者在雌配子体和合子发育中都导致核仁增大，证实它们在功能上密切相关。

"Two OPNR-associated AAA+ATPases are required for gametophyte development and plant reproduction"部分发现，CDC48D和CIP111这两个AAA+ATP酶对配子体发育至关重要，突变导致花粉和胚珠发育缺陷，表明它们与OPNR-OAP1-OAP2三聚体共同发挥作用。

"OAP1, CDC48D and CIP111 are predominantly expressed in meristematic tissues"部分通过启动子驱动的荧光蛋白标记证实，这些基因在分生组织中高表达，与它们在细胞增殖中的功能一致。

"Inducible CRISPR/Cas9 mutants demonstrate that OAP1, OAP2, CDC48D and CIP111 have essential roles in vegetative development"部分利用诱导型CRISPR/Cas9系统证明，这些基因对分生组织维持和营养生长不可或缺。

"OAP1, CDC48D, and CIP111 colocalize with OPNR on the nuclear envelope and mitochondria"部分通过共定位实验和FIB-SEM技术揭示，OPNR复合体同时定位于核膜和线粒体，且突变导致线粒体形态异常。

"OPNR,OAP1,OAP2,CDC48D,and CIP111 form an AAA+ATPase complex"部分通过重组蛋白纯化、结构预测和双分子荧光互补实验证实，这五个蛋白形成异源复合体，其中OPNR-OAP1-OAP2形成三聚体"爪状"结构，CDC48D-CIP111形成异源六聚体。

"The OPNR complex is required for RPL24C extraction from the pre-60S ribosomes"部分是最关键的发现，通过AlphaFold预测、体外pull-down和细胞定位实验证明，OPNR复合体通过其中心孔捕获RPL24C的C端，从而将其从前60S核糖体上移除，这一过程对于核糖体成熟至关重要。

研究结论部分指出，这项工作首次在植物中鉴定出一个独特的AAA+ATP酶复合体OPNR，它通过协调核膜和线粒体上的60S核糖体亚基成熟过程，解决了植物特有的核糖体组装调控问题。与酵母中Drg1同源二聚体和人类中C1ORF109-CINP-SPATA5复合体相比，植物OPNR复合体展现出更复杂的亚细胞定位和组成特征，特别是其线粒体定位为理解细胞器互作在核糖体生物发生中的作用提供了新视角。这些发现不仅拓展了对真核生物核糖体组装机制多样性的认识，也为研究植物生长发育和胁迫响应中的翻译调控开辟了新途径。