清華新聞網(wǎng)12月8日電 受體酪氨酸激酶（RTK）是細(xì)胞膜上調(diào)控細(xì)胞生長(zhǎng)、存活及增殖的一類(lèi)重要的膜受體蛋白，其異常激活與腫瘤等重大疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。從生物分子組織的角度看，多聚化與相分離在RTK信號(hào)激活中的功能差異及機(jī)制，是領(lǐng)域內(nèi)亟待闡明的重要科學(xué)問(wèn)題。
12月1日，清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院、清華-北大生命科學(xué)聯(lián)合中心李丕龍副教授團(tuán)隊(duì)在《細(xì)胞化學(xué)生物學(xué)》（Cell Chemical Biology）雜志在線(xiàn)發(fā)表題為“生物分子組織的光遺傳學(xué)調(diào)控揭示相分離在受體酪氨酸激酶信號(hào)中的獨(dú)特作用”（Optogenetic control of biomolecular organization reveals distinct roles of phase separation in RTK signaling）的研究論文。
該研究利用兩類(lèi)藍(lán)光敏感蛋白的協(xié)同作用，創(chuàng)新性開(kāi)發(fā)出光控相分離系統(tǒng)CORdensate，并通過(guò)體系改造實(shí)現(xiàn)了生物分子“單體-低階多聚體-高階多聚體-相分離”四種組織模式的精準(zhǔn)調(diào)控。以ALK、RET兩種典型RTK為研究對(duì)象，研究團(tuán)隊(duì)證實(shí)，相分離的生物分子組織活性顯著優(yōu)于多聚化。該研究不僅為生物分子相分離功能研究提供了新型光遺傳學(xué)工具，更為解析相分離調(diào)控RTK信號(hào)的機(jī)制提供了關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)證據(jù)，為靶向RTK異常相分離的疾病治療奠定了理論基礎(chǔ)。
研究團(tuán)隊(duì)基于“多價(jià)互作驅(qū)動(dòng)相分離”的基本原理，創(chuàng)新性整合兩類(lèi)協(xié)同作用的光激活元件：擬南芥來(lái)源的藍(lán)光激活的同源四聚體Cry2和工程改造的藍(lán)光誘導(dǎo)異源二聚體LOVpep/ePDZ，構(gòu)建了CORdensate系統(tǒng)（圖1）。通過(guò)抑制劑（如Cry2抑制蛋白BIC1）干預(yù)與突變體（如Cry2（D387A）、LOVpep突變體LOVmut）驗(yàn)證，研究證實(shí)：CORdensate的相分離嚴(yán)格依賴(lài)Cry2的寡聚化活性及LOVpep與ePDZ的特異性互作，二者缺一不可。
圖1.CORdensate光控相分離系統(tǒng)的工作原理
為進(jìn)一步拓展工具應(yīng)用場(chǎng)景，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)CORdensate進(jìn)行改造，將二元蛋白驅(qū)動(dòng)體系優(yōu)化為單鏈多肽驅(qū)動(dòng)的相分離系統(tǒng)（ps-CORd）；隨后通過(guò)引入非活化型突變體Cry2（D387A）與LOVmut，成功構(gòu)建另外三種單鏈光控開(kāi)關(guān)（oH-CORd：高階多聚體型、oL-CORd：低階多聚體型、m-CORd：?jiǎn)误w型）。這四種光控開(kāi)關(guān)可實(shí)現(xiàn)生物分子四種組織模式的精準(zhǔn)調(diào)控，為解析不同組織模式的功能差異提供了重要研究工具。
為明確CORdensate的技術(shù)特性，研究團(tuán)隊(duì)將其與經(jīng)典光控相分離系統(tǒng)optoDroplet（以optoFUS、optoTDP43和optoDDX4為例）進(jìn)行系統(tǒng)性比較。結(jié)果顯示：optoDroplet的相分離行為高度依賴(lài)所融合的固有無(wú)序區(qū)（IDR）蛋白特性 —— 例如optoFUS相較于optoTDP43、optoDDX4更易形成不可逆纖維狀聚集體，該異質(zhì)性可能源于不同IDR與細(xì)胞內(nèi)源性生物分子的互作網(wǎng)絡(luò)差異。與之相比，CORdensate展現(xiàn)出顯著更優(yōu)的動(dòng)力學(xué)特性：組裝過(guò)程溫和，解聚速率更快，且組裝-解聚動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定；即使在強(qiáng)光激活條件下，也不易形成凝膠樣不可逆聚集體，有效規(guī)避了傳統(tǒng)工具的穩(wěn)定性缺陷（圖2）。
圖2.CORdensate和optoDroplet具有不同的光控相分離動(dòng)力學(xué)行為
為驗(yàn)證相分離對(duì)RTK信號(hào)的調(diào)控作用，研究團(tuán)隊(duì)首先模擬疾病相關(guān)的RTK異常相分離場(chǎng)景——以ALK、RET為模型，證實(shí)CORdensate介導(dǎo)的相分離可有效激活RTK，招募GRB2、SOS1等下游信號(hào)蛋白，激活RAS-MAPK、JAK-STAT3等信號(hào)通路（圖3）。
圖3.CORdensate介導(dǎo)的光控相分離激活RTK
為精準(zhǔn)區(qū)分多聚化與相分離的功能差異，研究團(tuán)隊(duì)利用四種單鏈光控開(kāi)關(guān)，定量比較了不同生物分子組織模式對(duì)RTK激活的作用。結(jié)果表明，多聚化雖能激活RTK信號(hào)，但相分離可顯著提升激活效率，展現(xiàn)出更強(qiáng)的生物分子組織能力（圖4）。
圖4.相分離比多聚化更能夠有效激活RTK
綜上所述，研究構(gòu)建了一個(gè)新的光控相分離系統(tǒng)CORdensate，可用于解析生物分子的相分離與其功能之間的因果關(guān)系?；贑ORdensate的研究揭示了相分離在調(diào)控RTK信號(hào)中的重要作用，相分離比多聚化具有更高生物分子組織效率。
清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院副教授李丕龍為論文通訊作者，生命科學(xué)學(xué)院已出站博士后周敏、2022級(jí)博士生石寧為論文共同第一作者。研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃的支持。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.chembiol.2025.11.001
供稿：生命學(xué)院
編輯：李華山
審核：郭玲
