高分辨率成像揭示酵母细胞中的核糖体动力学

核糖体翻译是细胞根据信使RNA中编码的遗传指令合成蛋白质的过程。它对生命至关重要，但它是一个极其复杂的过程，涉及多个步骤和各种分子的精确协调。基于体外纯化的单颗粒分析（SPA）很难捕捉到完整的翻译周期

在最近发表在《自然结构与分子生物学》上的一项研究中，中国科学院生物物理研究所张新正教授领导的研究人员利用低温电子显微镜（cryo-EM）及其自主开发的算法GisSPA，以接近原子分辨率捕获酿酒酵母（也称为酿酒酵母）细胞内核糖体翻译的动态周期性变化

这项研究提供了翻译过程中小亚基（SSU）运动参数的详细测量结果，并说明了三种延伸因子（eEF1A、eEF2、eEF3）与核糖体的周期性结合及其解离。

研究人员首次在肽基转移过程中捕获了eEF2的紧凑形式，这有助于稳定这一过程的环境并优化其性能。此外，在易位的早期阶段，观察到eEF2的构象延伸较少。eEF2的整个生命周期凸显了其作为真核细胞内肽基转移和易位的“分子臂”的关键作用

此外，该研究首次确定了与eEF3开放形式结合的完全旋转的核糖体。研究人员发现，eEF3在易位早期与核糖体结合，其构象变化伴随着40S头部的旋转和40S身体的旋转

本研究深入阐明了核糖体在翻译过程中的动态多构象特征

张教授说：“深入了解整个翻译过程有助于我们更好地揭示蛋白质合成的复杂机制，并探索其在细胞功能、代谢调节和疾病发展中的关键作用。” More information: Jing Cheng et al, Capturing eukaryotic ribosome dynamics in situ at high resolution, Nature Structural & Molecular Biology (2025). DOI: 10.1038/s41594-024-01454-9

Journal information: Nature Structural & Molecular Biology