湖南大学谭蔚泓院士团队刘巧玲课题组JACS：利用细胞膜囊泡作为人工细胞模型研究核酸诱导蛋白相分离

细胞内蛋白和核酸等生物分子通过多价弱相互作用驱动的生物分子相分离在基因表达调控、信号转导等生物学过程中发挥重要作用。核酸分子不仅参与蛋白相分离形成生物分子凝聚体，还可以调控生物分子凝聚体的性质和功能。然而，核酸二级结构和序列对核酸诱导蛋白相分离的影响仍不清楚。近日，湖南大学谭蔚泓院士（点击查看介绍）团队刘巧玲（点击查看介绍）课题组与中国科学院化学研究所方晓红教授（点击查看介绍）课题组以及英国布里斯托大学Stephen Mann教授（点击查看介绍）课题组合作，利用细胞膜囊泡为细胞模型研究核酸诱导蛋白相分离，探讨特定结构核酸对蛋白相分离的影响及这种核酸诱导蛋白相分离的规律特征。

核酸诱导蛋白相分离形成的生物分子凝聚体参与调控细胞的多种生物学过程。如，DNA与环磷酸鸟苷-磷酸腺苷合成酶（cGAS）结合形成生物分子凝聚体并激活固有免疫信号。核酸序列和结构特征影响核酸与蛋白的相互作用进而产生性质不同的生物分子凝聚体。如，受分子间相互作用力的驱使，具有茎环结构的核酸选择性地富集在不同的凝聚体中。虽然核酸在调控生物分子凝聚体的性质和功能等方面显示出重要作用，但核酸二级结构和序列对蛋白相分离的影响仍不清楚。由于活细胞中存在复杂的组分和生物分子间相互作用，研究人员难以在活细胞中探讨特定结构的核酸对蛋白相分离的影响。采用体外纯化的蛋白在溶液中研究蛋白相分离虽然组分明确、易于控制，但是溶液体系相对简单，与细胞内受限的环境相比具有较大差别，因此亟需开发一种新体系模拟并研究细胞中核酸诱导蛋白相分离行为。

受人工细胞概念的启发，湖南大学谭蔚泓院士团队研究人员利用从细胞中提取的细胞膜囊泡（GMV）作为细胞模型，研究不同序列的单链DNA诱导蛋白相分离情况。GMVs来源于细胞，不仅含有细胞组分，还可以提供类似细胞的环境，可作为细胞模型研究核酸诱导蛋白相分离。利用这种细胞模型，研究人员发现G-四链体可以诱导G-四链体结合蛋白（SERBP1）发生相分离。蛋白序列分析结果显示SERBP1蛋白是一种相分离蛋白。平行结构的G-四链体可以特异地与细胞膜囊泡中的SERBP1蛋白结合，从而产生蛋白-核酸凝聚体。此外，这种蛋白-核酸凝聚体具有温度依赖的、可逆的相分离特性。

图1. 温度依赖的核酸诱导蛋白相分离示意图。图片来源：J. Am. Chem. Soc.

该研究所使用的基于细胞膜囊泡的细胞模型为核酸诱导蛋白相分离研究提供一种全新的研究体系。这种G-四链体结构依赖的蛋白相分离为核酸诱导生物分子凝聚体成核和组装研究提供新视角，有助于深入了解细胞内核酸诱导蛋白相分离相关的生物功能调控机制。

这一成果近期发表在Journal of the American Chemical Society 上，文章的第一作者是湖南大学生物学院硕士研究生刘学娇。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

G-Quadruplex-Induced Liquid–Liquid Phase Separation in Biomimetic Protocells

Xuejiao Liu, Yansong Xiong, Chunjuan ZhangChunjuan Zhang, Rongji Lai, Hui Liu, Ruizi Peng, Ting Fu, Qiaoling Liu, Xiaohong Fang, Stephen Mann, and Weihong Tan

J. Am. Chem. Soc., 2021, 143, 11036–11043, DOI: 10.1021/jacs.1c03627

导师介绍

刘巧玲

http://grjl.hnu.edu.cn/p/F597683B1A1AF5FE39528445519F68AD 

https://www.x-mol.com/university/faculty/48499 

方晓红

http://mnn.iccas.ac.cn/fangxiaohong/ry/fxhyjy/ 

https://www.x-mol.com/university/faculty/250556 

Stephen Mann

http://www.stephenmann.co.uk/ 

https://www.x-mol.com/university/faculty/3234 

谭蔚泓

https://www.sjtu.edu.cn/zgkxyys/20181024/86123.html 

https://www.x-mol.com/university/faculty/10092