核糖体翻译对生命至关重要，它将mRNA中的信息解码并转化为直接执行细胞功能的蛋白质。这些蛋白质不仅构成了新陈代谢的基础，还在维持细胞过程和有机体生命活动的正常运作中发挥着关键作用。翻译过程非常复杂，涉及多个环节和各种分子的精确协同作用，这导致通过体外纯化的样品单颗粒分析技术难以捕捉到完整的翻译过程。尽管领域内已有许多基于电子断层成像的核糖体结构研究，但由于分辨率不足，翻译过程中核糖体的动态多构象特性暂时没有得到充分的揭示。

　　2025年1月9日，中国科学院生物物理研究所章新政研究组在《Nature Structural & Molecular Biology》发表最新研究成果"Capturing eukaryotic ribosome dynamics in situ at high resolution"。该研究利用冷冻电镜技术（cryo-EM）和课题组自主开发的算法GisSPA，首次在近原子分辨率下捕捉到了酿酒酵母细胞内原位条件下的核糖体翻译过程发生的周期性变化动态,并精确测定了翻译过程中小亚基的运动参数，同时描绘了三种延伸因子（eEF1A、eEF2、eEF3）与核糖体的周期性结合与解离（图1）。

　　eEF2是真核生物翻译延伸循环中最重要的辅助因子。除了已知的延伸构象外，该研究首次在肽基转移过程中捕获到紧凑型eEF2。它有助于稳定肽基转移的环境和最佳性能。研究人员还在A-tRNA入位阶段发现了紧凑eEF2的结合，说明eEF2与核糖体的结合远早于先前的普遍认知。此外在易位的初期，还捕捉到了部分延伸的eEF2构象。整个eEF2的生命周期生动地展示了它作为"分子臂"在真核生物肽基转移及易位中起的关键作用。

　　此外，研究者还展示了真菌等细胞特有的eEF3的生命周期，并首次鉴定到开放型eEF3结合的完全旋转的核糖体。研究发现，eEF3在易位初期就与核糖体结合，其构象变化伴随着40S亚基头部的摆动和身体的回转。

　　该项工作通过原位结构生物学的方法深入揭示了真核细胞翻译的全过程，有助于我们更好地理解蛋白质合成的精细机制，并深入探讨其在细胞功能、代谢调控以及疾病发生中的重要角色。

图1. 核糖体的主要构象和翻译的延伸周期，及对应小亚基的运动参数

　　中国科学院生物物理研究所章新政研究员为通讯作者，章新政组博士后程静、助理研究员吴春玲以及博士生李俊希为文章的共同第一作者，博士生杨琦、赵明洁也参与了该项研究工作。该项研究获得国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项（B类）、科技部重点研发项目、中国科学院项目的资助。

　　文章链接：https://www.nature.com/articles/s41594-024-01454-9

（供稿：章新政研究组）