生命学院白云和刘艳芬课题组发现应激颗粒生命周期存在组分功能转变

发布时间2023-11-29文章来源 生命科学与技术学院作者责任编辑刘玥

11月27日,威尼斯144777欢迎您生命科学与技术学院白云和刘艳芬课题组在国际学术期刊《自然·通讯》(Nature Communications)杂志在线发表题为“Time-resolved proteomic profiling reveals compositional and functional transitions across the stress granule life cycle”的研究论文,揭示了应激颗粒在经历短期至长期热激刺激过程中随时间发生组成和功能转变的现象,为理解细胞如何通过应激颗粒的动态变化来响应和适应应激提供蓝图。



应激颗粒是一种无膜细胞器,在细胞受到外界刺激时mRNA与蛋白质相互作用,经过液-液相分离形成。应激颗粒是细胞在应激时临时储存RNA的仓库,并参与RNA在应激之后的命运决定。应激颗粒是一个高度动态的结构,不断与胞质及其他细胞器发生物质交换。尽管应激颗粒的组成已有很多研究,但作为一个高度动态的凝聚体,其组分是否也呈现动态变化,以及在细胞长期刺激与短期刺激下是否存在差异,目前仍属未知。

本工作致力于探究应激颗粒组分在时间上的动态变化。通过使用两个内源应激颗粒标志物蛋白G3BP1和CARPRIN1进行免疫沉淀的方法,纯化获得在不同热激时间下形成的应激颗粒。进一步采用TMT标记蛋白质组学定量方法,获取了短期至长期的热激条件下应激颗粒的基于时间分辨的蛋白质组学数据。层级聚类分析显示,应激颗粒组分在早期到晚期存在明显的转变。通过对应激颗粒中早期和晚期两类蛋白在等电点、内在无序区域含量、RNA结合蛋白占比,以及基因功能、蛋白互作网络等方面的生化性质进行分析,研究人员发现这两类蛋白存在显著差异。这表明应激颗粒组分在长期刺激下的变化与其应对刺激的功能相协调,推测应激颗粒随着刺激的推进会不断招募更多功能性蛋白以应对细胞刺激。

此外免疫印迹和免疫荧光染色等手段验证了多个蛋白在长期刺激下与应激颗粒共定位程度的变化趋势,与上述质谱分析数据所发现的结论一致。值得注意的是,研究还发现了一类特殊的早期蛋白——非肌肉肌球蛋白II复合体——在应激颗粒中的作用。通过使用该复合物特异性抑制剂,以及对其激活态模拟,结合活细胞成像,研究人员发现该复合物在应激颗粒组装中发挥着重要作用,参与控制应激颗粒形成、移动速率以及融合等过程。由此,研究团队提出了应激颗粒组分与其功能相互协调的时空动态转变以适应细胞在不同热激条件下的生存需求的分子机制(见图1)。


图1. 应激颗粒组分与其功能相互协调转变的模式图。


威尼斯144777欢迎您生命科学与技术学院2019级博士研究生胡书耀为该论文的第一作者,生命学院2023届硕士研究生张雨凤为第二作者,白云教授、刘艳芬教授和胡书耀为该论文通讯作者。本研究得到了组学分析平台、分子影像平台以及分子细胞平台的大力支持。本研究工作也得到了威尼斯144777欢迎您生命科学与技术学院周智教授实验室和王彤教授实验室的大力帮助。论文撰写得到了威尼斯144777欢迎您生命科学与技术学院水雯箐教授、杨扬教授和何淑君教授的全力帮助。

论文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-023-43470-1