核糖体是生物体内负责蛋白质合成的分子机器。在真核生物中，编码核糖体RNA（rRNA）的基因（rDNA）在核仁中起始转录，生成的pre-rRNA在上百种组装因子的帮助下，经过一系列剪切加工以及修饰形成成熟的5.8S、18S和28S rRNA用于组装核糖体60S大亚基和40S小亚基。其中40S小亚基（SSU）的组装由SSU组装复合体（SSU processome）负责完成。SSU processome 含约70种非核糖体蛋白以及 U3 snoRNA，该复合体负责协同作用于pre-rRNA折叠、剪切加工和修饰，以生成成熟的18S rRNA并负责SSU的组装。SSU processome蛋白成员还可以招募RNA外切体（RNA exosome）降解pre-rRNA的5’ETS加工产物。

2024年7月22日，浙江大学彭金荣教授课题组在Nucleic Acids Research在线发表题为“A UTP3-dependent nucleolar translocation pathway facilitates pre-rRNA 5’ETS processing” 的研究论文，该最新研究成果发现核仁蛋白UTP3通过转运部分SSU processome成员蛋白进入核仁以保证pre-rRNA 5’ETS的剪切加工。作者们首次系统研究了人类50个SSU processome成员的亚细胞定位，并证明MPP10、UTP25/DEF、EMG1以及UTPB亚复合体成员UTP12/WDR3、UTP13/TBL3的核仁定位依赖UTP3。此外，研究还证明UTP3介导上述蛋白核仁定位是通过KPNA3-KPNB1入核通路实现的。最后，研究还阐明在斑马鱼utp3突变体以及UTP3敲降的人类细胞系中，该蛋白的缺失通过影响pre-rRNA 5’ETS上A0位点的切割从而影响18S rRNA的加工成熟，并且UTP3的缺失还通过影响具有外切酶功能的EXOSC10的核仁定位来影响RNA exosome对5’ETS异常加工产物的降解。

课题组2019年在斑马鱼中的研究发现，SSU processome核心成员Utp3能够与另一成员Mpp10互作，并且Utp3能够介导Mpp10的核仁定位。查阅目前酵母、嗜热毛壳菌、人类中已有的 SSU processome结构发现UTP3只有C端部分区域被解析，提示UTP3可能在该复合体中行使多重功能。课题组猜测Utp3可能作为一个载体蛋白负责将包括Mpp10在内的一些 SSU processome成员转运至核仁。课题组通过系统克隆49个SSU processome蛋白成员，查看与UTP3共表达后的亚细胞定位变化，筛选到UTP12、UTP13、UTP25、EMG1、MPP10五个蛋白的核仁定位依赖UTP3；通过构建UTP3敲降的细胞系确证了内源UTP3的缺失影响内源UTP13、UTP25、EMG1、MPP10的核仁定位；通过免疫共沉淀，蛋白质谱等实验确定了UTP3与上述蛋白相互作用。

课题组随后通过蛋白质谱实验发现UTP3与转运蛋白KPNAs与KPNB1存在互作，在研究中也进一步通过肽段互作，双分子荧光互补等实验发现UTP3通过包含NLS的C端320-479aa与转运蛋白KPNA3互作，并且该C端片段对于UTP3本身的核仁定位以及介导UTP13、UTP25的核仁定位至关重要，表明UTP3通过KPNA3-KPNB1通路介导上述蛋白的核仁定位。

图1 工作原理图

UTP3影响18S rRNA加工成熟的机制尚未被探索，课题组通过对UTP3敲降的人类细胞系以及Utp3缺失的突变体斑马鱼进行Northern blot，总RNA-seq测序分析以及3’Race等实验发现UTP3的缺失通过影响pre-rRNA的5’ETS区域A0位点的切割造成18S rRNA前体的累积以及包含5’ETS的加工产物的累积。免疫共沉淀，GST pull-down以及细胞免疫荧光实验表明UTP3通过直接互作影响具有酶活功能的EXOSC10的核仁定位来影响RNA exosome对5’ETS加工产物的降解。

上述研究成果为后续进一步研究核仁蛋白入核仁机制及核仁蛋白在核仁中的功能及其调控提供新的思路。

本工作主要由彭金荣教授课题组博士后赵纾奕，博士生鲍佳阳以及苏保纯共同完成。此项目研究主要由国家自然科学基金委（U21A20198, 32200672）支持。