7月11日，國(guó)際學(xué)術(shù)期刊PNAS在線發(fā)表了中國(guó)科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心朱學(xué)良研究組的最新研究成果“Self-construction of actin networks through phase separation-induced abLIM1 condensates”。研究人員發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)可通過(guò)液-液相分離（liquid-liquid phase separation，LLPS）形成的液態(tài)凝聚體（condensate）聚合并交聯(lián)微絲，并自發(fā)形成微絲網(wǎng)絡(luò)。

　　微絲是一種由肌動(dòng)蛋白聚合而成的細(xì)胞骨架，直徑約8納米，為細(xì)胞的遷移、分裂、形態(tài)發(fā)生與維持，以及肌肉收縮等生命活動(dòng)所必需。在細(xì)胞內(nèi)，肌動(dòng)蛋白需要先在成核因子的輔助下形成多聚體，然后才能以這些多聚體為“種子”發(fā)生快速的聚合反應(yīng)，使微絲的長(zhǎng)度迅速延伸。微絲具有高度的動(dòng)態(tài)性，并可被各種微絲結(jié)合蛋白交聯(lián)成束狀、網(wǎng)狀、分枝狀等網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以行使不同的功能。

　　蛋白質(zhì)的LLPS是指溶解的蛋白質(zhì)通過(guò)分子間的多位點(diǎn)相互作用形成超大分子網(wǎng)絡(luò)，從而以液滴樣凝聚體的方式出現(xiàn)在水溶液中的現(xiàn)象，是細(xì)胞內(nèi)“無(wú)膜細(xì)胞器”自主形成的基礎(chǔ)。有趣的是，凝聚體不僅可展示出比溶解的蛋白質(zhì)更高的生物活性，還具有液體的流動(dòng)性等迥異于單個(gè)分子的性質(zhì)。研究人員因此推測(cè)，某些微絲結(jié)合蛋白或許會(huì)通過(guò)LLPS發(fā)揮功能。

　　abLIM1是微絲結(jié)合蛋白Dematin家族的4個(gè)成員之一。Dematin由含有數(shù)百個(gè)氨基酸殘基的內(nèi)在無(wú)序區(qū)域（intrinsically disordered region, IDR）和數(shù)十個(gè)氨基酸的微絲結(jié)合區(qū)域（VHP）構(gòu)成。它主要定位在血紅細(xì)胞的質(zhì)膜下的微絲（也稱細(xì)胞皮層微絲）上，增強(qiáng)血紅細(xì)胞在外力作用下維持其細(xì)胞形態(tài)的能力。abLIM1除具有與Dematin同源的IDR和VHP外，其全長(zhǎng)蛋白質(zhì)（abLIM-L）在氮端還增加了4個(gè)LIM結(jié)構(gòu)域，但也可表達(dá)成含3個(gè)LIM（abLIM-M）和無(wú)LIM（abLIM-S）的異構(gòu)體。該組之前的研究發(fā)現(xiàn)，abLIM1只表達(dá)于紅細(xì)胞之外的細(xì)胞類型中，但同樣也是定位在皮層微絲上，并通過(guò)增加微絲網(wǎng)絡(luò)的致密度幫助維持細(xì)胞形態(tài)，避免細(xì)胞膜在機(jī)械力作用下脫離皮層骨架。研究人員發(fā)現(xiàn)，abLIM1的IDR具有很強(qiáng)的LLPS能力，其LIM結(jié)構(gòu)域則抑制這種能力。更有趣的是，其主要表達(dá)的異構(gòu)體abLIM-M或模擬abLIM-S的截短體ΔLIM所形成的凝聚體不僅能促進(jìn)微絲成核，還能沿微絲流動(dòng)并將微絲“黏”成束。在體外，單個(gè)的凝聚體會(huì)長(zhǎng)出致密的放射狀微絲束，形成微絲星狀體（aster）(圖A-B)，而在富含凝聚體沉淀的支持面上方則會(huì)自發(fā)形成一層縱橫交錯(cuò)的微絲束網(wǎng)絡(luò)（圖C）。僅有其IDR的凝聚體和抑制了相分離能力的突變體都不具備促進(jìn)微絲成核或形成上述微絲束網(wǎng)絡(luò)的能力。因此，abLIM1可通過(guò)LLPS形成微絲特異性的“膠水”而自組織微絲網(wǎng)絡(luò)（圖D）。這些研究發(fā)現(xiàn)不僅有助于認(rèn)識(shí)abLIM1及其家族成員在細(xì)胞內(nèi)的功能，還拓展了對(duì)相分離介導(dǎo)亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)形成的機(jī)制的知識(shí)。

　　分子細(xì)胞卓越中心楊森博士和上?？萍即髮W(xué)研究生劉春霞為該論文共同第一作者，朱學(xué)良研究員為論文通訊作者，中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所李棟研究員和郭玉婷博士、分子細(xì)胞卓越中心李國(guó)慶博士和鄢秀敏研究員為論文合作者。該研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)和國(guó)家自然科學(xué)基金的資助，得到分子細(xì)胞卓越中心細(xì)胞分析技術(shù)平臺(tái)和分子生物學(xué)技術(shù)研究平臺(tái)、國(guó)家蛋白質(zhì)設(shè)施等的技術(shù)支持。

　　文章鏈接：https://doi.org/10.1073/pnas.2122420119 

　　(A) ΔLIM凝聚體作為微絲組織中心逐漸形成微絲（紫紅）星狀體；(B) 星狀體的透射電鏡圖片。方框內(nèi)的區(qū)域被放大，以展示其放射出的微絲束。(C) ΔLIM誘導(dǎo)致密的微絲束網(wǎng)的形成；(D) abLIM1發(fā)揮功能的模式圖。