Curr Biol丨“断”处逢生——章鱼核糖体核心区的演化巧思

章鱼展现出与复杂脊椎动物相媲美的高级复杂行为和庞大神经系统。然而与其它无脊椎动物相比其基因组并没有表现出巨大的新颖性因此这种复杂适应性是如何在进化过程中产生的仍是一个未解之谜。

蛋白质组多样性的转录后调节一直被认为是促进头足类动物神经系统复杂化的重要机制。核糖体（ribosome）作为合成蛋白质的基本分子机器其核心序列在进化上高度保守。

鉴于这种普遍的保守性在自然界中很少能观察到核糖体核心结构的变异。迄今为止科学界对核糖体核心区域的结构变异如何促进蛋白质合成这一基本过程的改变仍知之甚少。

2026年7月29日，哈佛大学Nicholas W. Bellono和丹娜-法伯癌症研究所Amy S. Y. Lee团队在Current Biology上发表了题为“Evolution of a core ribosomal innovation in octopus”的研究论文。研究发现章鱼核糖体在28S rRNA的核心区域存在一个独特的结构断裂，该断裂能够增强翻译保真度并减少蛋白质聚集。

文章索引

【标题】Evolution of a core ribosomal innovation in octopus

【发表期刊】Current Biology

【发表日期】2026年7月29日

【作者及团队】哈佛大学Nicholas W. Bellono和丹娜-法伯癌症研究所Amy S. Y. Lee团队

【IF】7.5

研究结果

一、章鱼28SrRNA核心区域存在独特的结构断裂

研究人员通过RT-PCR及cDNA末端快速扩增（RACE）技术发现章鱼核糖体螺旋88（H88）存在特异性的rRNA断裂。

单颗粒冷冻电子显微镜（cryo-EM）分析证实该断裂导致rRNA密度的不连续及H88环结构的重塑，此核心变异在其它受试动物中均不存在且为章鱼所独有。

二、独特的核糖体结构赋予了翻译过程的高保真度

利用体外核糖体重组系统及放射性标记转运RNA（tRNA）的动力学测试表明，章鱼核糖体具备极高的信使RNA（mRNA）与tRNA配对选择性。

将该H88断裂工程化引入大肠杆菌（E.coli）核糖体中也，足以使翻译保真度提高两倍，该结果证明这种结构变异在进化上具有模块化特征且直接提升了蛋白质合成的准确度。

三、高保真翻译显著降低了组织的蛋白质聚集

组织学分析显示章鱼神经索中的蛋白质聚集物远少于鱿鱼，而药物诱导的翻译错配会加剧这种聚集现象。

通过体外翻译荧光素酶（Fluc）实验证实天然章鱼核糖体及嵌合E.coli核糖体均能产生聚集倾向更低的蛋白质，这表明H88断裂所介导的高保真解码机制能有效减轻细胞的蛋白质毒性负担。

四、章鱼核糖体能选择性解码包含次黄嘌呤的编辑转录本

通过测量核糖体对包含单一修饰密码子mRNA的结合亲和力，发现章鱼核糖体能以极高亲和力结合最有利的次黄嘌呤—胞嘧啶配对。

这种严格解码机制与广泛存在的腺苷到次黄嘌呤（A-to-I）RNA编辑产生协同作用，使章鱼在翻译被高度编辑的转录本时能将蛋白质聚集率降至无此机制物种的十分之一。

五、核糖体创新与章鱼神经系统扩张的进化密切相关

作者对采集自406米深海的须蛸类章鱼（Grimpoteuthis）进行RT-PCR分析，发现H88断裂在深海的须蛸类章鱼中缺失。

相比之下，所有检测的无须亚目章鱼均具有该断裂，该断裂位点序列在无须亚目约1亿年多样化中高度保守，提示该核糖体创新可能伴随浅海环境适应和神经系统扩张而出现。

总结

本研究揭示了章鱼核糖体核心中一个前所未有的RNA断裂结构，该结构通过提升翻译保真度显著优化了蛋白质组稳态。这一翻译层面的演化创新与章鱼高度的RNA编辑能力及神经系统扩张协同，为理解生物复杂性状的演化提供了基于核心翻译机器的新范式。