清華新聞網(wǎng)11月30日電 生物大分子凝聚體（Biomolecular condensates）是細(xì)胞內(nèi)生物大分子（如蛋白質(zhì)、核酸等）通過(guò)相分離（phase separation）形成的無(wú)膜細(xì)胞器，在細(xì)胞生命活動(dòng)中起著至關(guān)重要的作用。過(guò)去十多年，生物大分子相分離的研究主要集中于動(dòng)物和酵母體系，植物相分離蛋白的研究起步較晚，我們對(duì)具有潛在相分離能力的蛋白知之甚少。
蛋白的固有無(wú)序區(qū)（Intrinsically disordered region, IDR）又被稱(chēng)為低復(fù)雜度結(jié)構(gòu)域（low complexity domain, LCD），通常富含特定的氨基酸殘基，例如極性、芳香族和/或帶電氨基酸，具有高度的構(gòu)象靈活性，易于提供分子間/分子內(nèi)多價(jià)的弱相互作用，是驅(qū)動(dòng)蛋白相分離的重要因素。小分子化合物b-isox（biotinylated isoxazole）可以在低溫下形成微晶體，促使LCD蛋白在其表面組裝，從而特異富集這些蛋白。
圖1.（A）基于b-isox鑒定相分離蛋白的流程圖。（B）韋恩圖顯示從擬南芥幼苗和花組織中鑒定到的具有相分離潛力的蛋白。（C）韋恩圖顯示從擬南芥在不同脅迫條件下鑒定到的具有相分離潛力的蛋白。（D）不同物種中鑒定得到的具有相分離潛力的蛋白的情況。Cr代表衣藻；Pp代表小立碗蘚；Os代表水稻；Ta代表小麥；Zm代表玉米；At代表擬南芥；Br代表白菜；Sl代表番茄
清華大學(xué)生命學(xué)院方曉峰助理教授和鄧海騰教授研究組合作，首先從擬南芥的幼苗和花組織中的細(xì)胞裂解液中鑒定到985個(gè)具有相分離潛力的蛋白，命名為ProX（Proteins enriched by b-isox）（圖1A和B）。ProX列表幾乎囊括了大部分目前植物中已被報(bào)道可以相分離的蛋白。為了高效地驗(yàn)證候選蛋白的相分離能力，研究團(tuán)隊(duì)利用酵母系統(tǒng)異源表達(dá)ProX中70個(gè)RBPs（RNA-binding protein）蛋白，其中67%都可以形成明顯的凝聚體，其余的RBPs在熱激脅迫下也能形成凝聚體。說(shuō)明該研究建立的方法能夠高效地鑒定和驗(yàn)證候選的相分離蛋白。
該研究進(jìn)一步鑒定了擬南芥在不同脅迫處理?xiàng)l件下的相分離蛋白，包括滲透脅迫（250mM山梨糖醇）、鹽脅迫（150mM NaCl）、熱脅迫（37°C）和氧化脅迫（10mM H2O2）的ProX。結(jié)果顯示，大約25%的蛋白為各種脅迫條件所特異富集的（圖1C）。
除了擬南芥，該研究還鑒定了其他具有代表性的七個(gè)物種中的相分離蛋白（圖1D）。這一方面將為這些物種中相分離的功能研究提供資源，另一方面有助于從進(jìn)化角度理解相分離的生物學(xué)意義。這些物種的ProXs多種序列比對(duì)分析結(jié)果表明，盡管IDR的序列差異大，但是在各物種中的存在是保守的，表明相分離的能力在進(jìn)化上可能是被正向選擇的。
綜上所述，該研究利用大規(guī)模、高通量的蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)，同時(shí)建立高通量的檢驗(yàn)蛋白相分能力的體系，篩選和鑒定了八種植物的相分離蛋白組，為研究植物中生物大分子相分離的功能奠定基礎(chǔ)。
該研究于11月25日在《分子植物》（Molecular Plant）期刊上發(fā)表，題為“半體外大規(guī)模鑒定植物中具有相分離潛力的蛋白”（Large-scale identification of potential phase separation proteins from plants using a cell-free system）。
清華大學(xué)生命學(xué)院博士后張紅紅、科研助理彭方玉、2021級(jí)博士生何春以及博士后劉巖為本文共同第一作者，生命學(xué)院方曉峰助理教授和鄧海騰教授為共同通訊作者。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委和北京市自然科學(xué)基金委的經(jīng)費(fèi)支持。
論文鏈接：
https://www.cell.com/molecular-plant/fulltext/S1674-2052(22)00413-0
供稿：生命學(xué)院
題圖設(shè)計(jì)：任帥
編輯：李華山
審核：郭玲
