Science | Ribo-seq应用：用CRISPR打开核糖体RNA开关操控翻译和干细胞命运

蛋白质翻译速率在不同细胞类型之间存在显著差异，但这些差异如何受到调控及其对细胞行为的重要性仍不清楚。既往研究主要关注哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）等生长信号通路，以及翻译起始因子、RNA结合蛋白和非编码RNA对特定信使RNA（mRNA）翻译的调控。

相比之下，作为蛋白质合成核心组成成分的核糖体RNA（rRNA）长期受到较少关注。rRNA约占细胞总RNA的70%至80%，也是细胞中最丰富的转录产物。

真核生物的18S、5.8S和28SrRNA由RNA聚合酶Ⅰ（RNA PolⅠ）转录的47S前体rRNA加工而来，rDNA基因通常以重复阵列形式分布。rRNA转录和蛋白质翻译水平会随细胞分化、增殖、细胞大小、衰老及疾病状态变化，但其究竟是细胞状态改变的原因还是结果仍有待明确。

近日，德国慕尼黑大学Stefan H. Stricker团队在Science上发表了题为“Manipulation of protein translation and stem cell self-renewal by CRISPR activation of rRNA transcription”的研究论文。研究发现rRNA水平直接调控翻译输出，且蛋白质合成能力是决定哺乳动物干细胞行为的关键因素。

文章索引

【标题】Manipulation of protein translation and stem cell self-renewal by CRISPR activation of rRNA transcription

【发表期刊】Science

【发表日期】2026年7月2日

【作者及团队】德国慕尼黑大学Stefan H. Stricker团队

【IF】45.8

研究结果

一、利用TAPIR系统有效诱导rRNA转录

研究设计了针对小鼠47S rDNA重复序列的向导RNA（gRNA）并结合CRISPR激活（CRISPRa）系统，在神经干细胞中实现了高达数倍的rRNA水平诱导。

通过实时定量聚合酶链式反应（RT-qPCR）、高分辨率凝胶电泳及免疫细胞化学分析，证实了诱导产生的rRNA在结构与加工过程上的完整性。

二、TAPIR显著提升细胞翻译产能

利用O-炔丙基嘌呤霉素（OPP）标记法与Ribo-seq核糖体印迹分析，研究证明TAPIR处理后的细胞能够产生更多的新生多肽。

定量蛋白质组学分析进一步显示，TAPIR不仅提高了全局蛋白质水平，还特异性地诱导了与核仁结构及核糖体组装相关的蛋白表达。

三、核仁扩张与细胞生长加速

TAPIR处理导致核仁大小显著扩张，并上调了与细胞周期G1/S转换相关的基因表达。

实验观察到处理组NSCs的Ki-67与磷酸组蛋白3（PH3）标记的细胞比例显著增加，说明细胞周期被显著缩短，证明了rRNA转录水平与细胞增殖速率的直接相关性。

四、提升蛋白质翻译促进NSC自我更新

在体外分化诱导条件下，TAPIR通过维持Sox2与Nestin等神经干细胞标志物的表达，有效抑制了细胞向星形胶质细胞的spontan分化。

这一发现表明增强的蛋白质翻译能力赋予了NSCs更强的自我更新特异性与干性维持能力。

五、在发育过程中增强在体神经发生

通过体内子宫内电转（IUE）技术将TAPIR递送至小鼠胚胎大脑，研究证实了rRNA诱导能在发育中促进神经前体细胞的活跃增殖与扩增。

这一结果在体内水平印证了细胞蛋白质合成速率是驱动器官发育与神经发生的关键调控变量。

六、应用于模拟与缓解疾病表型

TAPIR在胰腺导管腺癌模型中能够模拟癌基因诱导的生长增强，并成功拯救了Treacher Collins综合征小鼠模型中因Tcof1突变导致的细胞存活缺陷。

此外，研究还开发了基于核糖核蛋白（RNP）的TAPIR策略，验证了该技术在人类细胞中进行治疗性转录工程的潜力。

总结

本研究建立了能够直接操控rRNA转录的TAPIR技术，证明rRNA水平是调节核糖体数量、蛋白质翻译能力、细胞周期和NSC命运的重要因素。该系统为研究翻译能力如何参与发育、癌症和核糖病变提供了直接工具，也为通过调节rRNA转录干预相关疾病表型提供了潜在策略。