Mol Cell︱CRNDE^UCE：肾癌中的核糖体调控因子

摘要：在细胞的生命活动中，核糖体扮演着至关重要的角色，它们是蛋白质合成的“工厂”，负责将遗传信息转化为蛋白质，从而推动细胞的生长、分裂和功能维持。核糖体的生物合成是一个复杂而精细的过程，涉及多个阶段，包括核糖体RNA（rRNA）的转录、加工以及核糖体蛋白的组装等。这

撰文 | 咸姐

在细胞的生命活动中，核糖体扮演着至关重要的角色，它们是蛋白质合成的“工厂”，负责将遗传信息转化为蛋白质，从而推动细胞的生长、分裂和功能维持。核糖体的生物合成是一个复杂而精细的过程，涉及多个阶段，包括核糖体RNA（rRNA）的转录、加工以及核糖体蛋白的组装等。这一过程在细胞核仁中启动，核仁是细胞核内一个富含RNA和蛋白质的区域，专门负责核糖体的合成。核糖体的生物合成不仅需要大量的rRNA和核糖体蛋白，还需要众多的辅助因子和复杂的调控机制来确保其准确性和效率。在正常生理状态下，细胞的核糖体生物合成处于一种动态平衡之中，以满足细胞生长和代谢的需求。然而，在癌症细胞中，这种平衡被打破。癌症细胞为了支持其快速增殖，常常会过度激活核糖体生物合成，以增加蛋白质的合成能力。这种现象在多种癌症中都有观察到，尤其是在肾细胞癌（RCC）中表现得尤为显著。RCC是一种起源于肾脏的恶性肿瘤，具有高侵袭性和高死亡率。研究表明，RCC细胞的核仁体积增大、数量增多，这与核糖体生物合成的增强密切相关。这种增强的核糖体生物合成为RCC细胞提供了大量的蛋白质合成能力，从而支持了其快速增殖和恶性进展。此外，核糖体生物合成的调控机制在癌症发生和发展中也具有重要意义。一些关键的癌基因和信号通路，如MYC和mTOR通路，能够直接或间接地激活核糖体生物合成，从而促进癌症细胞的生长和存活。这些通路的异常激活在多种癌症中都有发现，包括RCC【1,2】。因此，深入研究核糖体生物合成的调控机制，以及其在癌症中的作用，对于理解癌症的本质和寻找新的治疗靶点具有重要的意义。

近年来，非编码RNA（ncRNA）在基因表达调控中的作用逐渐受到关注。非编码RNA是一类不编码蛋白质的RNA分子，它们通过多种机制参与基因表达的调控，包括转录调控、mRNA稳定性调控和翻译调控等。其中，小核仁RNA（snoRNA）是一类在核糖体生物合成中起关键作用的非编码RNA。snoRNA能够指导rRNA的化学修饰，从而影响核糖体的功能和稳定性。snoRNA可以分为两大类：C/D盒snoRNA和H/ACA盒snoRNA，它们分别通过不同的机制引导rRNA的修饰，前者主要负责2'-O-甲基化，而后者则主要负责假尿嘧啶化。除了snoRNA之外，其他类型的非编码RNA，如长非编码RNA（lncRNA），也在核糖体生物合成中发挥着潜在的作用【3】。然而，关于lncRNA在核糖体生物合成中的具体机制和功能，目前仍知之甚少。

2025年4月3日，来自美国德克萨斯大学西南医学中心的Joshua T. Mendell团队在Molecular Cell上在线发表题为An ultraconserved snoRNA-like element in long noncoding RNA CRNDE promotes ribosome biogenesis and cell proliferation的文章，通过CRISPR干扰（CRISPRi）筛选技术识别RCC细胞中的必需lncRNA，发现lncRNA——CRNDE的一个特定亚型CRNDEUCE对RCC细胞的增殖至关重要，证明CRNDEUCE含有一个超保守元件（UCE），能够直接与rRNA前体相互作用，并招募eIF6，从而促进60S核糖体亚基的生物合成，揭示了驱动核糖体产生的RNA引导机制。

为了系统地鉴定对RCC细胞增殖和存活至关重要的lncRNA，本文研究人员首先通过分析RCC肿瘤与正常组织的RNA测序数据，结合癌症细胞系百科全书（CCLE）数据，筛选出在RCC细胞中高表达的lncRNA。随后，构建了针对这些lncRNA的CRISPRi文库，并在多种RCC细胞系中进行CRISPRi筛选。结果显示，lncRNA CRNDE在RCC中发挥致癌作用，其在所有测试的RCC细胞系中均表现出对细胞增殖的显著影响，CRNDE的缺失会损害RCC细胞的增殖，但不会引发细胞凋亡。通过构建不同的CRNDE亚型的质粒，并在CRNDE敲低的RCC细胞中诱导表达进行挽救实验，研究人员发现，只有包含UCE的CRNDE亚型（CRNDEUCE）能够恢复细胞的增殖能力，而完全剪接的CRNDE亚型则无法实现这一功能。同时，研究人员还发这一亚型在RCC肿瘤组织中的表达水平显著高于正常组织。这些结果证实含有UCE的选择性剪接的CRNDE异构体（以下称为CRNDEUCE）是RCC细胞增殖所必需的。

为了阐明CRNDEUCE在细胞增殖中的分子功能，研究人员接下来研究了它的亚细胞定位。实验结果显示，完全剪接的CRNDE亚型主要位于RCC细胞的细胞质中，而CRNDEUCE主要定位于细胞核仁，这是核糖体生物合成的主要场所。前体核糖体顺序提取（pre-ribosome sequential extraction, PSE）实验也证实CRNDEUCE与32S前体核糖体RNA（32S pre-rRNA，早期前体核糖体的标记物）一起在核仁内部的强烈富集。蔗糖密度梯度超速离心实验结果显示，CRNDEUCE的缺失导致60S核糖体亚基的生物合成显著减少，这包括游离60S亚基、80S单体和多聚体的水平下降。由此表明，CRNDEUCE通过其在核仁中的定位，直接参与并促进了60S核糖体亚基的生物合成。

为了确定CRNDEUCE如何促进60S核糖体亚单位的生物合成，研究人员利用RNA反义纯化（RAP）技术结合质谱（MS）分析，从紫外线交联的RCC细胞中鉴定出与CRNDEUCE相互作用的蛋白质，结合多种实验证实CRNDEUCE可通过其特定的序列元件与eIF6（60S核糖体亚基生物合成的关键因子）直接相互作用，这一相互作用对于CRNDEUCE在RCC细胞中促进60S核糖体亚基生物合成的功能至关重要。eIF6在核仁中装载到前60S亚基上，并且在细胞质中60S亚基成熟过程的最后阶段之前一直与60S亚基保持结合。本文研究人员发现，CRNDE缺失的细胞中eIF6在核仁中显著积累，提示eIF6可能无法正常装载到前60S亚基上。于是，研究人员对纯化的核仁进行了蔗糖梯度分级分离，发现CRNDE缺失导致前60S亚基在核仁中积累，同时eIF6与前60S亚基的结合减少。同时，CRNDE缺失会降低eIF6与核糖体大亚基蛋白RPL23的结合。此外，研究人员还检测了pre-rRNA加工中间体，发现CRNDE缺失的细胞中32S pre-rRNA积累，而12S pre-rRNA减少，这表明eIF6的装载缺陷影响了后续的pre-rRNA加工步骤。通过SNAP标记的RPL23a蛋白实验，研究人员观察到CRNDE缺失导致新合成的RPL23a-SNAP在核仁中积累，类似于eIF6缺失的情况，进一步证实了CRNDEUCE在促进eIF6装载到前60S亚基上的关键作用，失去该lncRNA将导致核糖体生物合成的后续步骤出现缺陷。

进一步地实验结果显示，CRNDEUCE与32S pre-rRNA之间存在直接的RNA-RNA相互作用。序列分析显示，CRNDE的UCE区域具有类似C/D盒snoRNA的结构特征，包括潜在的C盒（AUGAUGA）和D盒（CUGA）基序，以及一个六碱基对的末端茎环结构。紫外线交联和免疫沉淀实验证实了CRNDEUCE能够与C/D盒snoRNA相关的蛋白复合物（如fibrillarin）相互作用，进一步支持了其snoRNA样功能。此外，通过突变UCE中的潜在引导序列，研究人员发现这种突变破坏了CRNDEUCE与32S pre-rRNA的相互作用，并且影响了CRNDEUCE在RCC细胞中的功能，包括细胞增殖和60S亚基的生物合成。CRNDE的UCE区域作为一个未加工的C/D盒snoRNA样序列，通过与32S pre-rRNA的直接相互作用，促进了eIF6有效装载到前60S亚基上，从而在核糖体生物合成中发挥了重要作用（图1）。

图1

综上所述，本研究描绘了一种模型，即CRNDEUCE中的一个未加工的C/D盒snoRNA样元件与rRNA前体形成碱基配对，从而促进eIF6被传递到成熟的前60S亚基上，由此揭示了CRNDE在核糖体生物合成中的关键作用，并证明这一功能对于RCC细胞的增殖至关重要。这些发现加深了我们对非编码RNA如何调控核糖体组装的理解，并揭示了癌细胞如何利用这些机制来促进肿瘤生长，为理解非编码RNA在癌症中的功能提供了新的视角。

制版人：十一

参考文献

1. Pelletier, J., Thomas, G., and Volarevic, S. (2018). Ribosome biogenesis in cancer: new players and therapeutic avenues.Nat. Rev. Cancer18, 51–63.

2. Montanaro, L., Trere´ , D., and Derenzini, M. (2008). Nucleolus, ribosomes, and cancer.Am. J. Pathol.173, 301–310.

3. Ojha, S., Malla, S., and Lyons, S.M. (2020). snoRNPs: Functions in Ribosome Biogenesis.Biomolecules10, 783.

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