科学家发现核内肌动蛋白调控转录机制

4月16日，北京大学生物医学前沿创新中心的孙玉杰教授的团队在《科学进展》杂志上发表了一篇文章，将高通量转录组测序和超分辨率显微成像结合起来，阐明了核肌动蛋白促进转录工厂形成和调节诱导型基因转录的机制。这一机制可能是基因调控快速响应环境刺激的分子基础。

压力是生活的基本特征。响应外部刺激的基因表达调节在细胞水平上决定细胞增殖、分化、迁移和死亡，并在器官和生物体水平上决定发育、免疫反应和神经可塑性。异常调节可能导致肿瘤。细胞及时对外部刺激作出反应的一个策略是形成转录工厂，即聚集多个基因和多个对刺激作出反应的核糖核酸聚合酶，以实现有效和协调的转录表达。然而，这一过程是如何发生的以及是如何调节的尚不清楚。

核内肌动蛋白通过多种方式调节基因表达。尽管已经取得了一些研究进展，但调控核内肌动蛋白基因表达的机制仍不清楚。研究人员首先通过高通量转录组测序鉴定了一类在血清刺激下差异表达的基因——血清反应基因，并发现核肌动蛋白对于细胞维持以血清反应基因为特征的转录谱是必不可少的。

研究人员利用免疫荧光原位杂交和多色超分辨成像观察到，在血清的刺激下，血清反应基因位点原位形成转录工厂，进行活性转录。然后，通过活细胞的超分辨率成像、时间依赖性光活化定位显微分析和超分辨率镶嵌分析，研究人员发现与正常条件相比，转录工厂在血清刺激下具有更高的密度、更高的活性和更长的持续时间，并且核肌动蛋白的存在是观察这种增强的转录工厂的必要条件。

此外，研究人员观察到核肌动蛋白在多色超分辨率成像的血清刺激下与转录工厂共定位，这表明它可能被用作促进增强转录工厂形成的支架。基于N-WASP蛋白和Arp2/3蛋白复合物与核糖核酸聚合酶的相互作用，研究人员发现经典的N-WASP-Arp 2/3-肌动蛋白途径是形成血清增强转录工厂的必要条件，核肌动蛋白可能通过液-液分离机制促进转录工厂的形成。

特别重要的是，除了血清刺激外，研究人员发现核肌动蛋白对于干扰素γ刺激下增强转录工厂的形成也是不可或缺的，表明核肌动蛋白在调节转录工厂和响应刺激下的转录过程中具有普遍意义。

基于上述实验结果，研究人员提出了一种核肌动蛋白调控转录的模型:作为一种动态支架，核肌动蛋白通过相分离机制增强转录工厂的形成和维持。

同时，本研究还提出了下一步需要解决的问题。首先，进一步理解核肌动蛋白如何形成支架，以及它如何与核糖核酸聚合酶共相分离，从而快速形成转录工厂以响应不同的刺激(血清、干扰素γ)，是一个非常有趣的问题。第二，进一步的机制探索将在很大程度上受益于技术的发展，特别是核肌动蛋白的非幻觉、高对比度和活细胞成像技术的发展。

论文相关信息:https://advances.sciencemag.org/content/6/16/eaay6515