NAR | 多种应激源对mRNA翻译与rRNA生物合成的差异化调控

核糖体的生物合成是细胞生长过程中能量消耗最大的生物学过程之一，其消耗的细胞能量储备超过60%。为了避免在不利条件下进行昂贵的资源支出，核糖体生物合成受到生长和应激信号通路的严格调控。

核糖体组装需要核糖体蛋白与核糖体RNA（rRNA）之间保持精确的化学计量平衡，细胞进化出了质量控制机制来降解过量的核糖体蛋白。然而，细胞如何根据核糖体蛋白的可用性调整rRNA的产生尚不完全清楚。

核糖体生物合成涉及RNA聚合酶I、II和III的协同作用，且大部分组装步骤发生在核仁这一液-液相分离细胞器中。尽管大多数介导rRNA加工的酶已被鉴定，但关于人类细胞中极端5’和3’初始加工事件的调控机制及其在应激下的协调性仍存在知识空白。

2026年5月5日，波士顿大学Shawn M. Lyons团队在Nucleic Acids Research上发表了题为“Diverse stresses differentially regulate rRNA biogenesis and mRNA translation”的研究论文。本研究揭示了人类细胞在应激下存在此前未被发现的rRNA成熟调节灵活性，首次证明47S pre-rRNA的5’端和3’端加工可以解离，产生新型47S-C中间体。

文章索引

【标题】Diverse stresses differentially regulate rRNA biogenesis and mRNA translation

【发表期刊】Nucleic Acids Research

【发表日期】2026年5月5日

【作者及团队】波士顿大学Shawn M. Lyons团队

【IF】13.1

研究结果

一、亚砷酸钠（AsO₂）处理导致pre-rRNA的5'和3'末端加工解偶联

通过对多种细胞系进行Northern blot分析，研究发现AsO₂处理导致5'末端加工停滞，积累了一种非典型的34S前体。

然而，3'末端加工并未受抑制，导致研究者鉴定出一种新的、3'末端已被剪切但5'末端未加工的“47S-C”前体，首次证明在人类细胞中这两个早期加工步骤可以独立进行。

二、内质网应激虽抑制翻译，但不引起rRNA加工停滞

研究使用多种内质网应激诱导剂处理细胞，发现尽管这些处理能有效激活整合应激反应（ISR）并抑制蛋白质合成。

然而，其并未像AsO₂一样引起A'/01位点加工停滞和34S前体的积累，这表明rRNA加工缺陷并非ISR激活或翻译抑制的普遍结果。

三、内质网应激不改变核仁形态且不抑制rRNA转录

通过免疫荧光和5-EU标记实验发现，内质网应激在抑制蛋白合成和诱导应激颗粒的同时，对核仁的形态和rRNA的从头合成几乎没有影响。

这揭示了在内质网应激下，rRNA合成与核糖体蛋白合成这两个过程的失衡。

四、多种重金属暴露可特异性诱导A'/01位点加工停滞

研究测试了多种环境重金属毒物，发现氯化镉（CdCl₂）能像AsO₂一样有效诱导A'/01位点加工停滞。

而三氧化铬（CrO₃）则表现出不同机制，它在诱导部分加工停滞的同时，主要通过抑制rRNA转录来发挥作用。

五、重金属通过不同信号通路抑制翻译并扰乱核糖体生物合成

研究发现，AsO₂和CdCl₂通过激活HRI激酶进而磷酸化eIF2α来抑制翻译，而CrO₃则通过抑制mTOR信号通路来抑制翻译。

这些不同的信号通路激活模式与它们对rRNA转录、核仁形态和应激颗粒形成的不同影响相对应，阐明了不同金属毒物扰乱核糖体生物合成的独特分子机制。

总结

本文通过深入解析不同应激条件下rRNA的加工动力学，打破了关于人类rRNA成熟过程必须高度协同的传统认知。研究不仅阐明了重金属与内质网应激在核糖体生物合成调控上的本质区别，还为理解环境毒素如何通过干扰核仁功能影响细胞稳态提供了重要的分子机制依据。