Mol Cell丨陈月琴/王文涛团队揭示lncRNA调控核仁朊病毒样蛋白质液-固相转变的新机制

朊病毒样结构域（Prion-like domain，PLD）是酵母朊病毒蛋白质包含的低序列复杂度结构域（Low-sequence-complexity domain），该结构域使酵母朊病毒蛋白倾向装配成固态纤维，而非诱导其进行液-液相分离（Liquid-liquid phase separation，LLPS）。一些人类蛋白质同样具备朊病毒样结构域特征，其凝聚物液态到固态的相转变（Phase transition from liquid to solid state）同神经退行性疾病和衰老密切相关。相分离蛋白的内稳态和固相转变过程受多种因素调控，过高的朊病毒样蛋白质浓度是诱导相转变发生的重要因素之一；但是，细胞中一些重要蛋白具有朊病毒样结构域且具有较高的表达量，却未出现明显类固相转变和不利于细胞生长的表型。核仁相分离蛋白—核仁纤维蛋白（Fibrillarin，FBL）属于这一类型蛋白，其表达量增长被报道同细胞和机体衰老相关；然而，FBL在大多数细胞中呈现较高的表达量，尤其在快速生长细胞中呈现高表达模式。这类细胞是如何维持该类蛋白质的内稳态尚未见有报道。

2024年11月22日，中山大学陈月琴/王文涛研究团队在Molecular Cell上发表了题为LncRNAs maintain the functional phase state of nucleolar prion-like protein to facilitate rRNA processing的研究型论文。该研究揭示了细胞能利用lncRNA缓冲FBL的凝聚行为，抑制高蛋白浓度下FBL凝聚物向类固态相转变，维持核仁亚组分—纤维中心/致密纤维组分单元（Fibrillar component/dense fibrillar component unit，FC/DFC unit）的状态和功能。

在该研究中，研究者利用TurboID联合RIP-seq的方法，富集并鉴定FBL及相邻蛋白质互作的非编码RNA（Long noncoding RNA，lncRNA），结合在快速增殖细胞中转录本高表达模式分析，筛选出可能调控FBL凝聚状态的候选lncRNA。其中lncRNA DNAJC3-AS1富集度最高且同FBL共定位。CRISPR/Cas9编辑DNAJC3-AS1敲除（Knockout，KO）和RNA干扰（RNA interference，RNAi）导致的该lncRNA敲低（Knockdown，KD）及诱导回复实验均显示DNAJC3-AS1参与FBL凝聚物的形态和流动性的调控，影响FC/DFC单元的结构和功能。

在探究DNAJC3-AS1缓冲FBL凝聚状态的机制时，研究者通过体内和体外相分离实验发现lncRNA调控朊病毒样蛋白质相分离的双面功能：lncRNA DNAJC3-AS1具有多个FBL 相分离驱动结构域GAR domain的结合位点，通过招募FBL从而促进该蛋白质的液态凝聚；同时，与该lncRNA的互作局部遮挡 GAR domain，降低GAR domain间的互作强度，进而抑制高蛋白浓度下GAR-GAR间过度互作导致的FBL类固态凝聚。研究模型图如下（图）。进一步研究发现，靶向朊病毒样蛋白质凝聚行为的缓冲调节因子有效抑制快速增殖细胞的生长，表现出抗癌特性。这一研究提示lncRNA可为朊病毒样蛋白质维持功能性相状态提供缓冲环境；揭示lncRNA在维持蛋白流动性和正常功能、以及细胞可塑性方面起了重要作用。

图. lncRNA DNAJC3-AS1 调控高蛋白浓度下FBL凝聚状态的模式图：lncRNA结合多个FBL并局部遮挡GAR domain，抑制因GAR-GAR间过度互作导致的FBL类固态凝聚，维持FBL液相流动性（图左）；敲低lncRNA，高蛋白浓度下FBL GAR domain间互作增强，促进FBL发生类固态凝聚（图右）。

中山大学生命科学学院陈月琴教授和王文涛副教授为该论文的通讯作者。中山大学生命科学学院特聘副研究员孙雨蒙为本论文的独立第一作者。

https://doi.org/10.1016/j.molcel.2024.10.036

本期来源：BioArt

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