文波组发现组蛋白去甲基化酶KDM7A相分离形成新型核体

日期：2020-09-21　　浏览次数：13464

来源：BioArt

真核生物细胞核内除了染色质，还存在大量由蛋白质和RNA聚集形成的无膜包裹核体（Nuclear bodies）。这些自我装配的核体可以与周围的核浆环境进行物质交换，以帮助细胞进行多种重要的生物学过程【1】。已知经典的核体包括核仁（Nucleoli），核斑（Nuclear speckles），PML体（PML bodies）等，它们在核糖体亚基装配，RNA转录后加工和蛋白质翻译后修饰等方面发挥了重要作用【2】。核体的失调可能会引发疾病的发生，例如神经退行性疾病和癌症等【3】。在细胞受到环境压力的情况下，部分核体可快速应激，通过改变其成分或结构来帮助细胞恢复稳定的状态【4】。然而，目前对核体的类别及其生物学功能的理解仍不够充分。

2020年9月16日，复旦大学代谢分子医学教育部重点实验室/基础医学院文波课题组在Protein & Cell上在线发表题为“The Nuclear bodies formed by histone demethylase KDM7A” 的研究论文。该研究发现细胞在饥饿状态下通过上调组蛋白去甲基化酶KDM7A的蛋白水平形成一类以染色质为骨架的新型核体。

研究者通过生化实验结合共聚焦图像发现组蛋白去甲基化酶KDM7A的蛋白含量在细胞饥饿状态下明显上调，并且聚集成核体。过表达外源KDM7A也可以形成核体。通过与已知核体标志物共染，发现KDM7A蛋白小体的定位不同于已知核体。因此，作者将这类核体命名为K-Body。进一步通过免疫共沉淀、质谱及免疫荧光方法证明K-body中包含了MCM7等多种与DNA复制及修复有关的蛋白。并且，MCM7蛋白的凝集状态依赖于KDM7A的存在。此外，细胞在饥饿刺激下，其细胞周期的S期会变短，而敲低KDM7A会导致S期变得更短。表明，K-body在细胞饥饿条件下对DNA复制有调控作用，有助于细胞保持一定的生命活力。

该研究进一步通过高分辨率显微镜和电子显微镜观察到过表达外源KDM7A形成的K-Body呈空心结构，并且核体周围有染色质富集。随后，研究者通过FRAP，活细胞成像以及体外液滴形成等实验证明了K-Body通过KDM7A介导的液-液相分离而形成。而在KDM7A蛋白体外形成的液滴中加入DNA可以导致KDM7A空心蛋白凝聚体的形成，与细胞核内图像相符合。由此作者证明了染色质在核体形成过程中可以充当骨架的作用。

此外，该研究还探索了KDM7A蛋白小体是否存在于体内。免疫荧光实验显示，K-Body样结构在小鼠睾丸、脑、肌肉等组织中广泛存在，其中在睾丸中最明显。基于动物模型及临床标本的进一步研究将有助于揭示这些新型核体的生理功能及病理意义。

据悉，复旦大学生物医学研究院博士生明慧和基础医学院博士生王千凤为论文的共同第一作者，博士生张昱雯、成璐博士等也在这一研究中做出了重要贡献，文波教授为该研究论文的通讯作者。

原文链接：

https://link.springer.com/article/10.1007/s13238-020-00783-x

参考文献：

1. Jain, S., et al., ATPase-Modulated Stress Granules Contain a Diverse Proteome and Substructure. Cell, 2016. 164(3): p. 487-98.

2. Spector, D.L., SnapShot: Cellular bodies. Cell, 2006. 127(5): p. 1071.

3. Li, Y., et al., B1 oligomerization regulates PML nuclear body biogenesis and leukemogenesis. Nat Commun, 2019. 10(1): p. 3789.

4. Stanek, D. and A.H. Fox, Nuclear bodies: news insights into structure and function. Curr Opin Cell Biol, 2017. 46: p. 94-101.