科學家發現核內肌動蛋白調控轉錄機制—新聞—科學網

2020-11-28 科學網

 

4月16日，北京大學生物醫學前沿創新中心教授孫育傑團隊在《科學進展》上發表文章，結合高通量轉錄組測序和超分辨顯微成像，闡明核內肌動蛋白促進轉錄工廠形成，調控可誘導基因轉錄的機理。這個機理可能是基因調控快速響應環境刺激的分子基礎。

應激性是生命的基本特徵，響應外界刺激的基因表達調控在細胞水平決定了細胞增殖、分化、遷移和死亡，在器官和生物體水平決定了發育、免疫應答和神經可塑性，其調控異常可能會導致腫瘤。細胞及時響應外界刺激的一個策略是形成轉錄工廠，即將應答刺激的多個基因和多個RNA聚合酶拉到一起進行高效、協同的轉錄表達，但是這一過程如何發生和調控尚不清楚。

核內肌動蛋白通過多種途徑調控基因表達，儘管已取得一些研究進展，但核內肌動蛋白的調控基因表達的機理還不清楚。研究人員首先通過高通量轉錄組測序確定了在血清刺激條件下差異表達的一類基因—血清響應基因，發現核內肌動蛋白對細胞維持以血清響應基因為特徵的轉錄譜不可或缺。

研究人員用免疫螢光原位雜交和多色超分辨成像觀察到血清刺激下，轉錄工廠在血清響應基因位點上原位形成，進行活躍轉錄。接著，研究人員通過活細胞超分辨成像、時間相關光激活定位顯微分析、超分辨鑲嵌分析，發現和正常條件相比，轉錄工廠在血清刺激下密度更高、更活躍、持續時間更長，而核內肌動蛋白的存在是觀察到這種增強型轉錄工廠的必要條件。

進一步，研究人員用多色超分辨成像觀察到核內肌動蛋白在血清刺激下會與轉錄工廠共定位，暗示其可能作為支架促進形成增強型的轉錄工廠。基於N-WASP蛋白和Arp2/3蛋白複合體都與RNA聚合酶有相互作用，研究人員通過超分辨成像與分析，發現經典的N-WASP-Arp2/3-actin通路是形成血清增強型轉錄工廠的必要條件，而核內肌動蛋白可能通過液-液相分離機制促進轉錄工廠的形成。

特別重要的是，除了血清刺激，研究人員發現核內肌動蛋白對在幹擾素γ刺激下形成增強型轉錄工廠也是不可或缺的，顯示出核內肌動蛋白對調節轉錄工廠和響應刺激下的轉錄過程具有普遍意義。

綜合上述實驗結果，研究人員提出了一個核內肌動蛋白調控轉錄的模型：核內肌動蛋白作為一個動態支架，通過相分離機制增強轉錄工廠的形成和維持。

同時，這項研究也提出了下一步有待解決的問題。首先，進一步理解核內肌動蛋白如何形成支架、如何與RNA聚合酶共相分離，以此快速形成轉錄工廠響應不同刺激（血清、幹擾素γ），是一個非常有趣的問題。其次，進一步的機理探索在很大程度上將會受益於技術的發展，尤其是發展對核內肌動蛋白進行無假象、高對比度、活細胞成像的技術。

論文相關信息：https://advances.sciencemag.org/content/6/16/eaay6515

 

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