《科学》子刊:朱伯开团队揭示 原子核内的液液相分离也有潮起潮落

来源：生物世界2022-01-24 08:42

让我们想象自己在意大利的威尼斯，船只通过错综复杂的运河网将人们运送到河岸两边的家中。负责维持公共秩序的警察也需要通过船只响应各个家庭的报警电话。正常情况下，12小时潮汐的涨落影响航道水位的涨落。涨潮时，满溢的水道全部连通，让民警快速到达每家每户，化解纠纷。然而，在低潮时，警察很难快速发声，因为一些河流被切断了。

让我们想象自己在意大利的威尼斯，船只通过错综复杂的运河网将人们运送到河岸两边的家中。负责维持公共秩序的警察也需要通过船只响应各个家庭的报警电话。正常情况下，12小时潮汐的涨落影响航道水位的涨落。涨潮时，满溢的水道全部连通，让民警快速到达每家每户，化解纠纷。但在低潮时，由于部分河流被切断，警方很难快速反应，到达事发地点。好消息是，在这个想象中的威尼斯，正常情况下，报警电话的数量与潮起潮落同步，整个城市保持和谐稳定。

对于匹兹堡大学医学院朱博凯的研究团队来说，这个宁静的威尼斯代表着一个健康细胞的细胞核。其中，核散斑的作用相当于威尼斯的运河网。存在于核点的剪接体，可以看作是警察的一艘船，岸上的每家每户都分布着不同的基因。那些“不安分”、时不时报警的居民，相当于控制未折叠蛋白反应(UPR)的基因。

在2017年发表于《细胞唯物主义》的一篇论文中，朱伯凯作为第一作者，首次报道了哺乳动物体内也存在独立于24小时昼夜节律的12小时潮汐生物钟。12小时的节奏是一种超节奏。在哺乳动物中，12小时生物钟由UPR转录因子XBP1s转录调节。12小时生物钟调控的基因包括整个中枢教条信息流，包括从基因转录、mRNA加工到内质网和高尔基体中蛋白质修饰和分泌的所有步骤。

除了哺乳动物之外，这种机制也存在于秀丽隐杆线虫、小型甲壳类海虱(E.pulchra)、海葵(Actiniaria)和轮藻中，因此它被认为是从海洋生物中存在的12小时潮汐生物钟进化而来的。虽然XBP1控制蛋白质代谢的机制很清楚，但关于XBP1如何调控上游mRNA代谢，以及mRNA如何与蛋白质代谢同步，目前知之甚少。

近日，美国匹兹堡大学医学院朱伯凯研究组在《科学进展》杂志上发表了题为“四维核散斑相分离动力学调控蛋白沉积”的研究论文。

在这项最新的研究中，朱伯凯的研究团队报告称，哺乳动物的12小时潮汐生物钟通过调节核斑点的液-液分离来控制蛋白质稳态的12小时节律。

就像现实生活中威尼斯河12小时的涨落一样，哺乳动物细胞内核点液相分离的动态过程也有12小时的节律。

每天清晨和下午，核点状液的液相呈网状分离分布在核内，流动性很强。因此，核小体可以迅速被调度到UPR基因位点，参与UPR基因的转录和表达，就像警察在一天的高潮时期可以迅速到达每家每户解决纠纷一样。

但早晚核斑液液相在核内分离成斑，流动性很差。核剪切小体不能迅速被调度到UPR基因位点参与UPR基因的转录和表达，就像警察在一天的退潮中很难快速到达每家每户解决纠纷一样。

正常情况下，12小时控制蛋白稳态基因的表达节律与12小时液液相分离的动态节律保持一一对应，保证了细胞代谢稳态得以维持。控制核斑流体液相分离动力学的基因称为SON，其表达也有12小时节律。SON不仅是XBP1的下游基因，而且高轮廓的SON可以增加核点液液相分离的流动性，促进核剪切小体与UPR基因位点的结合，从而增加XBP1和其他UPR的基因表达。因此，SON基因的表达水平对一个细胞来说非常重要，它的功能就像控制威尼斯水道的水位一样。

有趣的是，朱伯凯的研究团队还发现，在衰老的小鼠细胞中，SON和UPR基因在一天内的平均表达水平随着小鼠的衰老而逐渐降低。

虽然生物学和病理学意义不是很明确，但我们可以想象如下场景：在威尼斯，由于全球变暖和气候变化，河道水位不断下降，河道被切割成一池断开的死水，警察无法再到达事发地点解决纠纷。结果，整个城市的犯罪率不断上升，居民再也不能安居乐业，所以整个城市都下降了。

也许同样的事情也不可避免地发生在细胞中，但如果我们能够延缓河水水位的下降，比如通过寻找SON基因高表达的药物，或者通过其他不依赖SON增加核斑液液分离流动性的方法，或许就能减缓衰老。(100yiyao.com)

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