国自然热点：液-液相分离、转录调控、靶向治疗

研究背景

转录受转录因子 (TF) 调节，转录因子包含 DNA 结合和反式激活结构域。DNA 结合结构域通常具有明确定义的蛋白质结构，并以具有精确化学计量的“锁定和钥匙”方式识别特定的 DNA 序列。相比之下，反式激活域通常包含低复杂度域 (LCD)，这些域本质上是无序的，不适合常规的结构-功能分析。定量活细胞成像的最新进展表明，各种 TF LCD 与 RNA 聚合酶 II (Pol II) 转录机制和相关辅助因子中发现的其他内在无序区域之间发生动态、多价和选择性相互作用。这些多价相互作用有助于丰富特定基因组位点的 TF 和其他转录调节因子，以形成动态蛋白质组装体，称为 LCD 介导的“聚集中心 (hubs) ”。在某些条件下，LCD 过表达可以诱导小的瞬态中心产生类似于通过液-液相分离 (LLPS) 形成的液滴/冷凝物的特性。LLPS 最近已被用作许多生物学过程（包括转录调控）的基础机制。然而，大多数研究都采用体外或过表达实验来观察冷凝物的形成并表征其性质，而对体内冷凝物的生理功能仍然知之甚少。尽管枢纽形成和 LLPS 背后的动态多价 LCD-LCD 相互作用可能在反式激活中发挥作用，LLPS 与反式激活之间的因果关系仍然难以捉摸。

据报道，TF LCD 的光诱导 LLPS 增加了全局细胞转录以及瞬时转染质粒内报告基因的转录。而根据另一篇报道，尽管 TF LCD 的多价相互作用增加了合成基因阵列的转录，但 LCD 的 LLPS 并未进一步增强表达。根据这些具有争议的发现，关于相分离构成了启动转录的主要机理的说法需要更多实验数据支持。

研究成果

2022年4月27日，美国加州大学伯克利分校Robert Tjian课题组于Molecular Cell（IF 17.97）杂志在线发表题为Tuning levels of low-complexity domain interactions to modulate endogenous oncogenic transcription 的研究论文，揭示了TF需要LCD-LCD 相互作用的最优化来激活转录，LLPS会抑制内源性基因转录，并提出了一种针对引起疾病的 TF 的潜在治疗策略。

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1097276522003185?via%3Dihub

该研究主要针对调整体内 LCD-LCD 相互作用的数量和定位如何影响内源性人类基因的转录。模型体系为导致尤文肉瘤的致癌转录因子EWS::FLI1，这一转录因子表达自一个因染色质易位产生的融合致癌基因。它通过启动致癌的基因转录程序而导致尤文肉瘤。课题组通过在尤文肉瘤细胞中过量表达能够与EWS::FLI1形成同型或异型多价相互作用的LCD ，使这些外源LCD分子自然地富集在内源EWS::FLI1已形成的聚集中心以提高局部的LCD浓度和相互作用，发现增加局部的LCD多价相互作用会抑制EWS::FLI1对其目标基因转录的启动。当过量的LCD多价相互作用发生并导致液-液相分离，其对转录的抑制效果会进一步加剧。

将EWS LCD融合到核仁磷酸蛋白 (Nucleophosmin, NPM1) 上，在核仁中形成异常的EWS LCD多价相互作用以吸引内源EWS::FLI1进入核仁。这样改变其多价相互作用在细胞中所发生位置同样抑制了EWS::FLI1对其目标基因转录的启动，并且阻碍了细胞的致癌性转化。因为目前尤文肉瘤仍然没有有效的靶向治疗药物，通过调控多价相互作用发生的位置来干扰EWS::FLI1的致癌功能有望成为新的治疗策略。

核仁已被充分证明是由液-液相分离形成的无膜细胞器，作者使用活细胞单分子成像和频闪光激活单粒子追踪技术 (stroboscopic photo-activatable single particle tracking, spaSPT) 测量了 EWS::FLI1 在核仁与核质中的扩散，发现它在核仁中的扩散速度要慢得多，说明spaSPT 测量蛋白质扩散率可以作为基于活细胞内不同粘度检测 LLPS 的有效手段。

该研究首次阐明了TF 需要微调 LCD-LCD 相互作用的最佳水平来激活其内源性靶基因，揭示了 LCD 相互作用介导的反式激活的新原理，提出了调控致癌TF多价相互作用在细胞内的发生位置或可成为治疗尤文肉瘤的新策略。

LCD 相互作用介导的转录模型

（A）有效的基因激活需要最佳量的多价 LCD-LCD 相互作用。目标基因处过多的 LCD-LCD 相互作用和 LLPS 会抑制转录。(B) 由 EWS::FLI1 靶基因形成的 LLPS 隔室通过同型或异型 LCD-LCD 相互作用将内源 EWS::FLI1 捕获在隔室内，从而抑制 EWS::FLI1 驱动的致癌转录。

研究亮点

1. EWS::FLI1 需要 LCD-LCD 相互作用的最优化来激活转录

2. 促进 LCD-LCD 相互作用向相分离发展抑制转录

3. 将 EWS::FLI1 隔离到核仁中会抑制其转录功能

4. EWS::FLI1 在相分离的核仁内扩散更慢

转自： 学术查

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