7月26日，基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院張冬雷教授課題組在Cell Reports雜志上發(fā)表了題為“Condensate cooperativity underlies transgenerational gene silencing”的研究論文。該論文研究描述了秀麗隱桿線蟲的生殖細胞內(nèi)P小體（processing body，Pbody）與生殖顆粒（germgranule）間相互作用發(fā)揮的生物學(xué)功能，證明兩者間的相互作用對于生殖顆粒內(nèi)的小RNA通路蛋白因子組裝成不同的亞顆粒是至關(guān)重要的，以及對維持小RNA介導(dǎo)的跨代基因沉默信號起到關(guān)鍵作用。

近年來，由液-液相分離形成的無膜細胞器被發(fā)現(xiàn)廣泛存在于各種細胞中，并且相分離無膜細胞器內(nèi)部并不是同質(zhì)的，而是進一步形成不同的亞區(qū)室（sub-compartment）。關(guān)于無膜細胞器的形成，尤其是形成不同區(qū)室的機制以及作用，是該領(lǐng)域困擾大家多年的問題。人們對無膜細胞器組裝的研究從2005年認識到Cajal bodies是半流動球體開始，直至2009年Brangwynne在秀麗隱桿線蟲的胚胎中發(fā)現(xiàn)P顆粒是RNA和蛋白質(zhì)結(jié)合而成的動態(tài)復(fù)合物，并詳細描述了P顆粒的物理性質(zhì)有類似液相屬性且通過液-液相分離過程形成，至此正式開啟了對無膜細胞器廣泛而深入的研究。無膜細胞器在微觀角度是生物大分子的凝聚物，已有多項研究表明無膜細胞器間存在廣泛的相互作用，如Cajal bodies與B-核內(nèi)小核糖核蛋白體、Cajal bodies與核仁、P body與stress顆粒間均存在相互作用。這些相互作用如何影響無膜細胞器的功能還有待研究人員進一步探索。有研究報道在秀麗隱桿線蟲和哺乳動物中均發(fā)現(xiàn)兩種液-液相分離無膜細胞器生殖顆粒和P body存在相互作用。生殖顆粒富含小RNA基因沉默通路因子，與生殖細胞發(fā)育相關(guān)；P body含有抑制mRNAs翻譯抑制因子，是mRNA降解的重要場所。杜珍珍等人的研究揭示了生殖顆粒和P body的相互作用如何調(diào)控了生殖顆粒的組裝以及小RNA相關(guān)的基因降解通路，尤其重要的是，該項研究發(fā)現(xiàn)無膜細胞器之間存在的相互作用是跨代基因沉默現(xiàn)象的生物學(xué)基礎(chǔ)。

在本研究中，杜珍珍等通過CRISPR/Cas9技術(shù)對P body內(nèi)高度保守的RNA解旋酶CGH-1/DDX6進行熒光標記，在高分辨激光顯微鏡下觀察到蛋白CGH-1在秀麗隱桿線蟲生殖細胞中富集到核孔復(fù)合物周圍，且特定的位于生殖顆粒的細胞質(zhì)一側(cè)。杜珍珍等利用化學(xué)交聯(lián)結(jié)合質(zhì)譜技術(shù)確定P body蛋白與生殖顆粒蛋白間存在相互作用，且這兩種無膜細胞器間的相互作用能夠促進生殖顆粒蛋白的動態(tài)變化，以及促進關(guān)鍵生殖顆粒蛋白正確組裝到細胞核周圍并進一步促進生殖顆粒形成不同的亞區(qū)室。重要的是，P body調(diào)控了RNAi基因沉默的跨代遺傳，結(jié)合小RNA測序分析結(jié)果顯示RNAi基因沉默的跨代遺傳缺陷與cgh-1突變后Argonaute蛋白WAGO-4結(jié)合的siRNA異常擴增有關(guān)。因此，P body蛋白組分與生殖顆粒蛋白之間的相互作用對調(diào)節(jié)生殖顆粒組裝和參與小RNA基因沉默通路起到關(guān)鍵作用。

論文第一完成單位為華中科技大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院。基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院張冬雷教授、張穎副教授、美國芝加哥大學(xué)李亨奇教授為論文的共同通訊作者。2018級博士生杜珍珍、2019級博士生史昆為論文的共同第一作者。該研究得到國家自然科學(xué)基金和華中科技大學(xué)學(xué)術(shù)前沿青年團隊的經(jīng)費支持。