7月11日，國際學(xué)術(shù)期刊PNAS在線發(fā)表了中國科學(xué)院分子細胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心朱學(xué)良研究組的最新研究成果“Self-construction of actin networks through phase separation-induced abLIM1 condensates”。研究人員發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)可通過液-液相分離（liquid-liquid phase separation，LLPS）形成的液態(tài)凝聚體（condensate）聚合并交聯(lián)微絲，并自發(fā)形成微絲網(wǎng)絡(luò)。
微絲是一種由肌動蛋白聚合而成的細胞骨架，直徑約8納米，為細胞的遷移、分裂、形態(tài)發(fā)生與維持，以及肌肉收縮等生命活動所必需。在細胞內(nèi)，肌動蛋白需要先在成核因子的輔助下形成多聚體，然后才能以這些多聚體為“種子”發(fā)生快速的聚合反應(yīng)，使微絲的長度迅速延伸。微絲具有高度的動態(tài)性，并可被各種微絲結(jié)合蛋白交聯(lián)成束狀、網(wǎng)狀、分枝狀等網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以行使不同的功能。
蛋白質(zhì)的LLPS是指溶解的蛋白質(zhì)通過分子間的多位點相互作用形成超大分子網(wǎng)絡(luò)，從而以液滴樣凝聚體的方式出現(xiàn)在水溶液中的現(xiàn)象，是細胞內(nèi)“無膜細胞器”自主形成的基礎(chǔ)。有趣的是，凝聚體不僅可展示出比溶解的蛋白質(zhì)更高的生物活性，還具有液體的流動性等迥異于單個分子的性質(zhì)。研究人員因此推測，某些微絲結(jié)合蛋白或許會通過LLPS發(fā)揮功能。
abLIM1是微絲結(jié)合蛋白Dematin家族的4個成員之一。Dematin由含有數(shù)百個氨基酸殘基的內(nèi)在無序區(qū)域（intrinsically disordered region, IDR）和數(shù)十個氨基酸的微絲結(jié)合區(qū)域（VHP）構(gòu)成。它主要定位在血紅細胞的質(zhì)膜下的微絲（也稱細胞皮層微絲）上，增強血紅細胞在外力作用下維持其細胞形態(tài)的能力。abLIM1除具有與Dematin同源的IDR和VHP外，其全長蛋白質(zhì)（abLIM-L）在氮端還增加了4個LIM結(jié)構(gòu)域，但也可表達成含3個LIM（abLIM-M）和無LIM（abLIM-S）的異構(gòu)體。該組之前的研究發(fā)現(xiàn)，abLIM1只表達于紅細胞之外的細胞類型中，但同樣也是定位在皮層微絲上，并通過增加微絲網(wǎng)絡(luò)的致密度幫助維持細胞形態(tài)，避免細胞膜在機械力作用下脫離皮層骨架。研究人員發(fā)現(xiàn)，abLIM1的IDR具有很強的LLPS能力，其LIM結(jié)構(gòu)域則抑制這種能力。更有趣的是，其主要表達的異構(gòu)體abLIM-M或模擬abLIM-S的截短體ΔLIM所形成的凝聚體不僅能促進微絲成核，還能沿微絲流動并將微絲“黏”成束。在體外，單個的凝聚體會長出致密的放射狀微絲束，形成微絲星狀體（aster）(圖A-B)，而在富含凝聚體沉淀的支持面上方則會自發(fā)形成一層縱橫交錯的微絲束網(wǎng)絡(luò)（圖C）。僅有其IDR的凝聚體和抑制了相分離能力的突變體都不具備促進微絲成核或形成上述微絲束網(wǎng)絡(luò)的能力。因此，abLIM1可通過LLPS形成微絲特異性的“膠水”而自組織微絲網(wǎng)絡(luò)（圖D）。這些研究發(fā)現(xiàn)不僅有助于認(rèn)識abLIM1及其家族成員在細胞內(nèi)的功能，還拓展了對相分離介導(dǎo)亞細胞結(jié)構(gòu)形成的機制的知識。
分子細胞卓越中心楊森博士和上?？萍即髮W(xué)研究生劉春霞為該論文共同第一作者，朱學(xué)良研究員為論文通訊作者，中國科學(xué)院生物物理研究所李棟研究員和郭玉婷博士、分子細胞卓越中心李國慶博士和鄢秀敏研究員為論文合作者。該研究得到國家重點研發(fā)計劃項目、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項和國家自然科學(xué)基金的資助，得到分子細胞卓越中心細胞分析技術(shù)平臺和分子生物學(xué)技術(shù)研究平臺、國家蛋白質(zhì)設(shè)施等的技術(shù)支持。
文章鏈接：https://doi.org/10.1073/pnas.2122420119
(A) ΔLIM凝聚體作為微絲組織中心逐漸形成微絲（紫紅）星狀體；(B) 星狀體的透射電鏡圖片。方框內(nèi)的區(qū)域被放大，以展示其放射出的微絲束。(C) ΔLIM誘導(dǎo)致密的微絲束網(wǎng)的形成；(D) abLIM1發(fā)揮功能的模式圖。
