7月23日，國際學(xué)術(shù)期刊Cell Discovery在線發(fā)表了中國科學(xué)院分子細胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心（生物化學(xué)與細胞生物學(xué)研究所）朱學(xué)良研究組的最新研究成果 “Regulation of zebrafish dorsoventral patterning by phase separation of RNA-binding protein Rbm14” 。在該研究工作中，研究人員展示RNA結(jié)合蛋白Rbm14通過相分離（phase separation）調(diào)控斑馬魚早期胚胎發(fā)育中背腹軸的建立（dorsoventral patterning）。

 

       相分離描述了物質(zhì)一種去混合的狀態(tài)變化。近年來相分離領(lǐng)域幫助打開了生命科學(xué)領(lǐng)域新的大門，為探索生物大分子“高維”結(jié)構(gòu)和功能提供了全新的思路。越來越多的研究表明，相分離在生物體內(nèi)存在并發(fā)揮功能，包括形成經(jīng)典的無膜細胞器、信號復(fù)合物、細胞骨架和許多其他超分子組裝。然而，相分離是否參與胚胎發(fā)育過程尚不清楚。能觸發(fā)相分離的蛋白質(zhì)多具有內(nèi)部無序區(qū)域（intrinsically disordered regions, IDRs），其在體外可通過相分離形成水凝膠（hydrogel）狀或液滴（droplet）狀聚集物，但在生理水平上如何證明相分離的重要性仍是一個難題。研究者們多通過點突變將關(guān)鍵氨基酸進行突變，以獲得相分離能力缺乏的突變體，但這種方法難以排除突變帶來的其他效應(yīng)。不同蛋白質(zhì)中氨基酸序列各異的IDR是否具有互換性也未可知。

      

        該組研究人員發(fā)現(xiàn)一個參與斑馬魚背腹軸建立的因子Rbm14。研究者證明其通過維持多個BMP信號通路因子如 Nanog, Smad4/5, Id1/2的蛋白水平，促進胚胎腹側(cè)發(fā)育。抑制Rbm14表達可造成斑馬魚胚胎的背部化（dorsalization）。鼠源Rbm14的IDR已被報道在體外能通過相分離形成水凝膠。斑馬魚Rbm14的IDR盡管與小鼠的同源性很低，但也能能通過相分離形成液滴，說明IDR中保守的是相分離能力而非氨基酸順序。外源表達野生型Rbm14能恢復(fù)胚胎的正常發(fā)育，而相分離所需的關(guān)鍵氨基的酸突變則不再能挽救胚胎背部化，提示Rbm14的相分離可能參與其在背腹軸的調(diào)控。

      

        為進一步證明相分離的重要性，研究人員用多個已知能發(fā)生相分離的蛋白質(zhì)的IDR替換Rbm14自身IDR，構(gòu)建出嵌合體蛋白質(zhì)，發(fā)現(xiàn)它們均能較好地挽救斑馬魚的背部化畸形，不僅說明相分離特性確實是Rbm14在腹側(cè)發(fā)育中的功能所需，而且表明IDR具有可替換性。Rbm14以依賴于相分離能力的方式在細胞核中呈現(xiàn)點狀聚集，在氧化應(yīng)激時則進入胞質(zhì)中形成的RNA顆粒中。有趣的是，在斑馬魚早期胚胎發(fā)育過程中Rbm14主要分布于細胞質(zhì)的顆粒，隨后才進入細胞核。機理研究提示Rbm14在富含RNA的無膜細胞器中參與多種RNA代謝的調(diào)節(jié)。這些結(jié)果表明Rbm14通過相分離形成的無膜細胞器調(diào)控RNA代謝，影響B(tài)MP信號通路組分的表達水平，進而影響斑馬魚胚胎背腹軸的建立。

      

        研究團隊中朱學(xué)良研究員和美國卡內(nèi)基研究所鄭詣先教授為論文通訊作者，生化與細胞所博士后肖悅為第一作者，陳介會、萬奕含、高琪和景乃禾研究員為合作者。該研究得到中國科學(xué)院、國家自然科學(xué)基金委和NIH基金的資助。

        

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