清华大学生命学院李丕龙课题组和英国 John Innes Centre研究所Caroline Dea...

清华大学生命学院李丕龙课题组和英国 John Innes Centre研究所Caroline Dean研究组合作揭示相分离在RNA 3’末端加工过程中的重要作用

2019年5月9日，清华大学生命科学学院李丕龙课题组和英国 John Innes Centre研究所Caroline Dean研究在《自然》（Nature）杂志上在线发表了题为《拟南芥FLL2蛋白促进聚腺苷酸化复合物的液-液相分离》（Arabidopsis FLL2 promotes liquid-liquid phase separation of polyadenylation complexes）的研究论文。

在过去十年中，科学家们发现活细胞中参与很多重要生物学过程的亚细胞结构如核仁、Cajal bodies、nuclear bodies等是由蛋白质、核酸以及其它生物大分子通过液-液相分离形成的聚集体。然而，目前对液-液相分离的研究主要基于体外实验，而对它在细胞内如何发生和被调控的知之甚少。

本研究发现拟南芥coiled-coil蛋白FLL2介导RNA 3’末端加工因子的相分离，从而促进特定基因的3’末端形成。该研究中，研究人员首先发现调节拟南芥开花的关键蛋白FCA能够形成nuclear bodies。有意思的是，FCA蛋白含有prion-like结构域且大部分区域高度无序，这是大部分能够发生相分离的蛋白所共有的两个特征。这一发现让研究人员猜测FCA能够发生液-液相分离从而形成nuclear bodies。体内的一系列实验结果证明了这一猜测：FCA形成的nuclear bodies具有液滴的性质。李丕龙课题组发现体外重组的FCA prion-like结构域很容易发生相分离形成液滴，然而全长FCA蛋白却不能，暗示在细胞内FCA的相分离还需要其它因子的帮助。为了探究这一现象，研究人员利用正向遗传筛选，发现coiled coil蛋白FLL2是FCA发挥功能所必须的。体外FLL2和FCA可共同发生相分离。有意思的是，FLL2与FCA共定位于nuclear bodies中。进一步研究发现，fll2突变体中FCA 几乎不能形成nuclear body，而过表达FLL2能够明显使FCA形成的nuclear body增大增多，说明FLL2能够在体内帮助FCA发生相分离形成nuclear bodies。

那么这些nuclear bodies对FCA的功能是否重要呢？Dean研究组早在1997年克隆了FCA，发现它编码一个RNA结合蛋白。过去二十年，Dean研究组主要通过正向遗传学手段发现FCA控制特定转录本3’末端的形成，但是一直未能阐释该过程发生的机制。而在该研究中，研究人员建立了一种新的方法对FCA进行免疫纯化，通过质谱分析发现FCA与3’末端加工主要因子存在瞬时且动态的相互作用。这些3’末端加工因子与FCA共定位于nuclear bodies中。更重要的是，在fll2突变体中，FCA所控制的RNA 3’末端发生了缺陷。基于以上结果，研究人员认为FCA通过液-液相分离形成nuclear bodies，这些亚细胞结构能够富集3’末端加工因子，从而促进特定RNA的3’末端加工。

图1. 关于coiled-coil蛋白FLL2通过液-液相分离促进核体（nuclear bodies）形成并对特定位点的聚腺苷酸化起到重要作用的模型

该研究揭示了RNA的3’末端加工的新机制，并且首次发现coiled coil蛋白在液-液相分离中起重要作用，增进了该领域对相分离机制的理解。

John Innes Centre的Caroline Dean和清华大学生命科学学院李丕龙研究员为本文的共同通讯作者。John Innes Centre博士后方晓峰、清华大学生命科学学院博士生王亮以及John Innes Centre博士后Ryo Ishikawa为本文共同第一作者。方晓峰博士后原为清华大学生命科学学院戚益军教授课题组的博士及博士后。本文第二作者John Innes Centre博士后李瑶曦原为清华大学生命科学学院戚益军教授课题组的博士。本研究获得清华-北大生命科学联合中心，清华大学结构生物学高精尖中心等基金，北京生物结构前沿研究中心，欧洲研究理事会 “MEXTIM”基金，Wellcome Trust基金，BBSRC研究所GEN战略计划，欧盟的Marie Sklodowska-Curie基金下的Horizon 2020研究和创新计划，JSP的海外研究奖学金，以及医学研究委员会补助金的支持。

论文链接https://doi.org/10.1038/s41586-019-1165-8.