NC | Polysome profiling应用：姚红杰/张晓荣揭示核糖体生成的关键调控因子DDX10在胚胎干细胞中的重要作用

导读

胚胎干细胞（ESCs）来源于胚泡内细胞团（ICM），具有快速增殖和多能性。ESC的命运由染色质、转录及转录后调控精密调节，其中核糖体生成通过促进rRNA转录和维持rDNA位点染色质完整性，支撑ESC自我更新。

ESC的核糖体生成依赖小亚基（SSU）前体加工基因的高表达，以确保前体rRNA的加工与成熟，删除这些基因会降低蛋白质合成并导致多能性丧失。

核仁作为无膜结构，负责rDNA转录、前体rRNA加工及亚基组装，47S rRNA由RNA聚合酶I转录后经裂解加工为成熟rRNA。

DExD/H-box RNA解旋酶是广泛存在的RNA结合蛋白家族，通过ATP水解重塑RNA结构，参与转录、剪接、核糖体生成等过程。DDX10作为DEAD-box RNA解旋酶，与肿瘤相关，但其在ESC中的具体功能尚待研究。

2024年11月27日，广州国家实验室姚红杰和中国科学院血液研究所张晓荣团队在Nature Communications上发表了一篇题为“DEAD-box RNA helicase 10 is required for 18S rRNA maturation by controlling the release of U3 snoRNA from pre-rRNA in embryonic stem cells”的论文，发现DDX10是核糖体生成的关键调控因子，其缺失会阻碍前体rRNA的加工，减少18S rRNA成熟并损害核糖体生成和U3 snoRNA释放，体现了DDX10对小鼠ESC增殖和细胞命运维持的重要性。

文章索引

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研究结果

一. DDX10对小鼠ESC的存活和维持至关重要

研究发现，DDX10在mESC中高表达，其降解后虽然没有显著影响多能性因子表达，但细胞克隆变小、增殖受抑、G1期停滞及凋亡。

RNA-seq显示基因表达变化可逆，并且DDX10降解激活Zscan4b等2细胞特异基因，促进mESC向类2细胞状态（2CLCs）转变。

二. DDX10定位于核仁的DFC和GC区域，主要结合45S rRNA

作者发现DDX10主要结合45S rRNA，尤其是18S rRNA，并与小核仁RNA（如U22）相互作用。

免疫荧光染色显示DDX10定位于核仁的DFC和GC区域，提示其参与前体rRNA加工和核糖体生成。

三. DDX10降解会破坏核糖体生成，导致翻译受损和核仁结构紊乱

作者通过Polysome profiling多聚核糖体分析发现，40S和80S核糖体含量显著减少，60S核糖体亚基积累，表明DDX10缺失阻碍40S亚基的生成，限制80S核糖体的组装。

进一步的实验显示，DDX10降解导致蛋白质合成减少约90%。电子显微镜观察发现，DDX10降解后，核仁内的FC、DFC和GC结构紊乱。

结果表明，DDX10在核糖体生成、蛋白质合成及核仁结构维持中的关键作用。

四. DDX10在18S rRNA成熟过程中必不可少

DDX10对18S rRNA的成熟至关重要，其缺失导致成熟18S rRNA水平降低，同时积累34S前体rRNA。

DDX10在5'ETS和ITS1区域的前体rRNA加工中发挥关键作用，且其完整的解旋酶结构域对这一过程是必需的。

五. DDX10与小亚基（SSU）相互作用，调控U3 snoRNA从前体rRNA中的释放

DDX10与小亚基中的BMS1、UTP3和纤维蛋白相互作用，调控U3 snoRNA从前体rRNA中的释放。

DDX10降解阻碍U3 snoRNA释放，但不影响U14 snoRNA，在这个过程中，DDX10的螺旋酶ATP结合域和C末端域对此至关重要。

六. DDX10的液-液相分离调控核糖体生成

研究有团队发现，DDX10含有三个内在无序区域（IDRs）和一个解旋酶域，IDR1和IDR3在DDX10形成凝聚体和调节核糖体生成中至关重要。

实验表明，缺失IDR1或IDR3的DDX10无法恢复由DDX10降解引起的前体rRNA处理缺陷、U3 snoRNA释放障碍和核糖体合成问题。总体而言，DDX10的液-液相分离对核糖体生成至关重要。

七. NUP98-DDX10融合蛋白缺乏DDX10在调节核糖体生物合成中的正常功能

NUP98-DDX10融合蛋白由于丧失多个DDX10的保守结构域，无法恢复DDX10在调节前体rRNA处理中的功能。

实验显示，DDX10能够修复由于其缺失导致的细胞形态和前体rRNA处理缺陷，而NUP98-DDX10无法恢复这些功能，且其定位于核质中，表现出与DDX10不同的分布模式。

总结

本研究揭示了DDX10在小鼠胚胎干细胞中对核糖体生物合成的关键作用。DDX10通过结合45S rRNA，调控前体rRNA处理和18S rRNA成熟，确保小亚基的生物合成。DDX10还参与液-液相分离（LLPS）过程，促进高效的核糖体合成。

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