新研究揭示了RNA的3’末端加工機制

　　 2019年5月9日，清華大學生命科學學院李丕龍課題組和英國 John Innes Centre研究所Caroline Dean研究在《自然》（Nature）雜志上在線發表了題為《擬南芥FLL2蛋白促進聚腺苷酸化復合物的液-液相分離》（Arabidopsis FLL2 promotes liquid-liquid phase separation of polyadenylation complexes）的研究論文。

　　在過去十年中，科學家們發現活細胞中參與很多重要生物學過程的亞細胞結構如核仁、Cajal bodies、nuclear bodies等是由蛋白質、核酸以及其它生物大分子通過液-液相分離形成的聚集體。然而，目前對液-液相分離的研究主要基于體外實驗，而對它在細胞內如何發生和被調控的知之甚少。

　　 本研究發現擬南芥coiled-coil蛋白FLL2介導RNA 3’末端加工因子的相分離，從而促進特定基因的3’末端形成。該研究中，研究人員首先發現調節擬南芥開花的關鍵蛋白FCA能夠形成nuclear bodies。有意思的是，FCA蛋白含有prion-like結構域且大部分區域高度無序，這是大部分能夠發生相分離的蛋白所共有的兩個特征。這一發現讓研究人員猜測FCA能夠發生液-液相分離從而形成nuclear bodies。體內的一系列實驗結果證明了這一猜測：FCA形成的nuclear bodies具有液滴的性質。李丕龍課題組發現體外重組的FCA prion-like結構域很容易發生相分離形成液滴，然而全長FCA蛋白卻不能，暗示在細胞內FCA的相分離還需要其它因子的幫助。為了探究這一現象，研究人員利用正向遺傳篩選，發現coiled coil蛋白FLL2是FCA發揮功能所必須的。體外FLL2和FCA可共同發生相分離。有意思的是，FLL2與FCA共定位于nuclear bodies中。進一步研究發現，fll2突變體中FCA 幾乎不能形成nuclear body，而過表達FLL2能夠明顯使FCA形成的nuclear body增大增多，說明FLL2能夠在體內幫助FCA發生相分離形成nuclear bodies。

　　 那么這些nuclear bodies對FCA的功能是否重要呢？Dean研究組早在1997年克隆了FCA，發現它編碼一個RNA結合蛋白。過去二十年，Dean研究組主要通過正向遺傳學手段發現FCA控制特定轉錄本3’末端的形成，但是一直未能闡釋該過程發生的機制。而在該研究中，研究人員建立了一種新的方法對FCA進行免疫純化，通過質譜分析發現FCA與3’末端加工主要因子存在瞬時且動態的相互作用。這些3’末端加工因子與FCA共定位于nuclear bodies中。更重要的是，在fll2突變體中，FCA所控制的RNA 3’末端發生了缺陷。基于以上結果，研究人員認為FCA通過液-液相分離形成nuclear bodies，這些亞細胞結構能夠富集3’末端加工因子，從而促進特定RNA的3’末端加工。

圖1. 關于coiled-coil蛋白FLL2通過液-液相分離促進核體（nuclear bodies）形成并對特定位點的聚腺苷酸化起到重要作用的模型

　　 該研究揭示了RNA的3’末端加工的新機制，并且首次發現coiled coil蛋白在液-液相分離中起重要作用，增進了該領域對相分離機制的理解。

　　本研究獲得清華-北大生命科學聯合中心，清華大學結構生物學高精尖中心等基金，北京生物結構前沿研究中心，歐洲研究理事會 “MEXTIM”基金，Wellcome Trust基金，BBSRC研究所GEN戰略計劃，歐盟的Marie Sklodowska-Curie基金下的Horizon 2020研究和創新計劃，JSP的海外研究獎學金，以及醫學研究委員會補助金的支持。