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本研究的主要作者包括Chunyang Ni、Daniel A. Schmitz、Jeon Lee、Krzysztof Pawłowski、Jun Wu和Michael Buszczak。他们来自美国德克萨斯大学西南医学中心（University of Texas Southwestern Medical Center）的分子生物学系、生物信息学系以及再生科学与医学中心。该研究于2022年3月29日发表在《Cell Reports》期刊上，文章标题为“Labeling of Heterochronic Ribosomes Reveals C1orf109 and SPATA5 Control a Late Step in Human Ribosome Assembly”。
核糖体是细胞中负责蛋白质合成的关键分子机器，其生物合成是一个复杂且高度调控的过程。尽管在酵母等模式生物中，核糖体组装的许多步骤已被广泛研究，但在多细胞生物（如人类）中，核糖体组装的多样性、复杂性及其调控机制仍不完全清楚。尤其是人类核糖体组装的晚期步骤，特别是在细胞质中的成熟过程，尚未得到充分研究。
本研究旨在揭示人类细胞中核糖体组装的动态过程，并识别参与这一过程的关键因子。通过开发一种名为“Ribo-SNAP”的活细胞标记技术，研究者能够追踪新旧核糖体的生成和运动。此外，他们利用CRISPR筛选技术，识别了两个功能未知的基因C1orf109和SPATA5，并发现它们在核糖体成熟过程中起关键作用。特别是，SPATA5的突变与神经发育缺陷相关，表明核糖体组装缺陷可能是这些疾病的潜在机制。
Ribo-SNAP技术的开发与应用
研究者将SNAP标签插入内源性核糖体蛋白L28（RPL28）基因中，利用CRISPR技术构建了带有SNAP标签的HEK293T、HCT116和人类胚胎干细胞（hESCs）细胞系。SNAP标签是一种自标记酶，能够与不同的荧光染料共价结合，从而实现对核糖体的标记。通过顺序应用不同荧光染料，研究者分别标记了旧核糖体（>48小时）和新核糖体（0-24小时），并在单细胞分辨率下追踪了它们的动态行为。
核糖体组装的动态分析
研究者利用蔗糖梯度分离技术，分析了标记核糖体在不同细胞类型中的分布和功能。结果显示，新合成的RPL28能够迅速整合到功能性60S亚基、80S单核糖体及多核糖体中。此外，研究者发现核糖体组装速率在不同细胞类型中存在显著差异，表明核糖体组装可能受到细胞类型特异性调控。
CRISPR筛选识别核糖体生物合成因子
研究者利用CRISPR-Cas9技术，在全基因组范围内进行了功能缺失筛选。通过Ribo-SNAP标记技术，他们筛选出影响核糖体生物合成的基因。筛选结果显示，C1orf109、SPATA5、SPATA5L1和CINP是核糖体成熟的关键因子。特别是，C1orf109和SPATA5的缺失会导致核糖体组装缺陷，并影响全局蛋白质合成。
C1orf109和SPATA5的功能验证
研究者通过Northern blot分析和5-乙炔基尿苷（EU）脉冲标记实验，验证了C1orf109和SPATA5在核糖体组装中的作用。结果显示，C1orf109和SPATA5的缺失会导致未处理的47S/45S pre-rRNA积累，并减少12S pre-rRNA的产生，表明它们在60S亚基成熟过程中起关键作用。此外，多核糖体分析显示，C1orf109和SPATA5的缺失会导致40S和60S亚基失衡，并形成半聚体（half-mers），进一步证实了它们在核糖体成熟中的功能。
SPATA5突变与神经发育缺陷的关联
研究者发现，SPATA5的突变会导致核糖体组装缺陷，特别是RSL24D1（人类RLP24同源物）从细胞质中的前60S亚基回收回核仁的过程受到干扰。这一发现表明，SPATA5突变可能通过影响核糖体生物合成和mRNA翻译，导致神经发育缺陷。
Ribo-SNAP技术的成功应用
研究者成功开发了Ribo-SNAP技术，并利用该技术在不同细胞类型中追踪了核糖体的动态行为。结果显示，核糖体组装速率在不同细胞类型中存在显著差异，表明核糖体组装可能受到细胞类型特异性调控。
C1orf109和SPATA5的识别与功能验证
通过CRISPR筛选，研究者识别了C1orf109和SPATA5作为核糖体成熟的关键因子。功能验证实验表明，C1orf109和SPATA5的缺失会导致核糖体组装缺陷，并影响全局蛋白质合成。
SPATA5突变与神经发育缺陷的关联
研究者发现，SPATA5的突变会导致RSL24D1从细胞质中的前60S亚基回收回核仁的过程受到干扰。这一发现揭示了SPATA5突变导致神经发育缺陷的潜在机制。
本研究揭示了人类细胞中核糖体组装的动态过程，并识别了C1orf109和SPATA5作为核糖体成熟的关键因子。特别是，SPATA5的突变与神经发育缺陷相关，表明核糖体组装缺陷可能是这些疾病的潜在机制。这一发现不仅深化了我们对核糖体生物合成的理解，还为相关疾病的治疗提供了新的研究方向。
Ribo-SNAP技术的开发
本研究开发了一种名为Ribo-SNAP的活细胞标记技术，能够在新旧核糖体之间进行区分，并在单细胞分辨率下追踪它们的动态行为。这一技术为研究核糖体生物合成提供了新的工具。
C1orf109和SPATA5的识别
通过CRISPR筛选，研究者识别了C1orf109和SPATA5作为核糖体成熟的关键因子，并揭示了它们在核糖体组装中的具体功能。
SPATA5突变与神经发育缺陷的关联
本研究首次揭示了SPATA5突变通过影响核糖体生物合成和mRNA翻译，导致神经发育缺陷的潜在机制，为相关疾病的治疗提供了新的思路。
本研究还发现，核糖体组装的复杂性可能使多细胞生物能够根据不同的发育和环境刺激，精细调控蛋白质合成的能力。这一发现为进一步研究核糖体生物合成在多细胞生物中的调控机制提供了新的方向。
这篇报告详细介绍了该研究的背景、方法、结果和意义，为读者提供了全面的学术视角。