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核糖體翻譯將mRNA中的信息解碼并轉(zhuǎn)化為直接執(zhí)行細(xì)胞功能的蛋白質(zhì)。這些蛋白質(zhì)構(gòu)成了新陳代謝的基礎(chǔ)，并在維持細(xì)胞過程和有機(jī)體生命活動的正常運(yùn)作中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。翻譯過程涉及多個環(huán)節(jié)和各種分子的精確協(xié)同作用，使得體外純化的樣品單顆粒分析技術(shù)難以捕捉到完整的翻譯過程。盡管領(lǐng)域內(nèi)已有較多基于電子斷層成像的核糖體結(jié)構(gòu)研究，但由于分辨率不足，翻譯過程中核糖體的動態(tài)多構(gòu)象特性暫未得到充分揭示。1月9日，中國科學(xué)院生物物理研究所章新政研究組在《自然-結(jié)構(gòu)與分子生物學(xué)》（Nature Structural & Molecular Biology）上，發(fā)表了題為Capturing eukaryotic ribosome dynamics in situ at high resolution的最新研究成果。該研究利用冷凍電鏡技術(shù)以及課題組自主開發(fā)的算法GisSPA，在近原子分辨率下捕捉到釀酒酵母細(xì)胞內(nèi)原位條件下的核糖體翻譯過程發(fā)生的周期性變化動態(tài)，測定了翻譯過程中小亞基的運(yùn)動參數(shù)，描繪了eEF1A、eEF2、eEF3三種延伸因子與核糖體的周期性結(jié)合與解離。研究顯示，eEF2是真核生物翻譯延伸循環(huán)中最重要的輔助因子。除已知的延伸構(gòu)象外，該研究在肽基轉(zhuǎn)移過程中捕獲到緊湊型eEF2。它有助于穩(wěn)定肽基轉(zhuǎn)移的環(huán)境和最佳性能。進(jìn)一步，研究在A-tRNA入位階段發(fā)現(xiàn)緊湊eEF2的結(jié)合，說明eEF2與核糖體的結(jié)合早于先前的普遍認(rèn)知。同時，在易位初期，研究捕捉到部分延伸的eEF2構(gòu)象。整個eEF2的生命周期展示了它作為“分子臂”在真核生物肽基轉(zhuǎn)移及易位中的關(guān)鍵作用。進(jìn)一步，該研究展示了真菌等細(xì)胞特有的eEF3的生命周期，鑒定出開放型eEF3結(jié)合的完全旋轉(zhuǎn)的核糖體。研究發(fā)現(xiàn)，eEF3在易位初期便與核糖體結(jié)合，其構(gòu)象變化伴隨著40S亞基頭部的擺動和身體的回轉(zhuǎn)。這一研究通過原位結(jié)構(gòu)生物學(xué)方法揭示了真核細(xì)胞翻譯全過程，有助于科學(xué)家探討蛋白質(zhì)合成的精細(xì)機(jī)制及其在細(xì)胞功能、代謝調(diào)控和疾病發(fā)生中的作用。研究工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金和中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（B類）等的支持。論文鏈接核糖體的主要構(gòu)象和翻譯的延伸周期以及對應(yīng)小亞基的運(yùn)動參數(shù)