中大新聞網(wǎng)訊（通訊員萬剛）2025年3月13日，中山大學生命科學學院萬剛教授團隊，在Nature Structural & Molecular Biology雜志發(fā)表題為“A nuclear pore-anchored condensate enables germ granule organization and transgenerational epigenetic inheritance”的研究成果。
該研究在秀麗隱桿線蟲中發(fā)現(xiàn)，保守的DEAD-box RNA解旋酶DDX-19在核孔纖維與已知生殖顆粒亞區(qū)室（P、Z、M、S）之間，形成一個獨立的具有液相凝聚物特性的新區(qū)室，稱之為D區(qū)室。D區(qū)室依賴于保守的核孔纖維蛋白NPP-14和GLEL-1錨定在外核膜。DDX-19、NPP-14或GLEL-1的缺失會導致功能缺陷：包括其他四個生殖顆粒區(qū)室的結(jié)構(gòu)重排、生殖細胞永生性的喪失以及基于小RNA的TEI的失調(diào)。
在前期研究中，作者為鑒定影響RNAi遺傳的關(guān)鍵調(diào)控因子，進行了正向遺傳篩選工作，鑒定到維持RNAi遺傳的關(guān)鍵蛋白ZNFX-1和WAGO-4 [2]。由于生殖顆粒的組分參與RNAi遺傳的記憶和傳遞，因此作者將生殖顆粒中的組分與前述正向遺傳篩選所得的RNAi遺傳的突變體進行交集，并進一步驗證發(fā)現(xiàn)了進化上保守的參與mRNA轉(zhuǎn)運的DEAD-box RNA解旋酶DDX-19參與RNAi遺傳。通過定位和遺傳分析表明，DDX-19位于核孔和生殖顆粒其他亞區(qū)室之間，形成一個獨立的亞區(qū)室，作者將這個亞區(qū)間命名為D區(qū)室（D compartment）。
據(jù)報道，DDX-19在酵母/人類中的同源蛋白為Dbp5/DDX19，在細胞核核周通過核孔蛋白Nup159/NUP214和GLE1的幫助，促進mRNA由細胞核向細胞質(zhì)的轉(zhuǎn)運[6, 7]。通過序列同源性和結(jié)構(gòu)同源性比對，作者發(fā)現(xiàn)秀麗線蟲NPP-14和GLEL-1（GLE1 Like）分別為Nup159/NUP214和GLE1的同源物。定位分析表明NPP-14和GLEL-1均為核孔纖維蛋白，NPP-14錨定GLEL-1，GLEL-1進一步錨定DDX-19。且NPP-14、GLEL-1和DDX-19均調(diào)控RNAi遺傳和生殖細胞的永生化。然而通過RNA FISH，作者并未發(fā)現(xiàn)DDX-19、NPP-14或GLEL-1缺失影響秀麗線蟲mRNA的核質(zhì)轉(zhuǎn)運，提示它們的表型與傳統(tǒng)的mRNA轉(zhuǎn)運功能無關(guān)。
有趣的是，缺失DDX-19、NPP-14或者GLEL-1導致生殖顆粒其他亞區(qū)室從均勻分布的狀態(tài)變成部分聚集和融合的狀態(tài)，因此D compartment的功能之一是促進多相凝聚體結(jié)構(gòu)的形成。缺失NPP-14或者GLEL-1導致DDX-19與P granules和Z granules的融合，提示D compartment是由于NPP-14和GLEL-1與P granules的蛋白質(zhì)組分競爭性地與DDX-19互作形成的，進一步證明了多相凝聚體結(jié)構(gòu)的形成是由于競爭性的蛋白質(zhì)相互作用導致的。此外，缺失DDX-19、NPP-14或者GLEL-1導致參與RNAi遺傳記憶的poly(UG) RNA從Mutator foci更多的分布到Z granules中，這也可能影響內(nèi)源性的小RNA和TEI。Small RNA-seq進一步證明DDX-19、NPP-14和GLEL-1調(diào)控一部分內(nèi)源性的小RNA并揭示了這些小RNA的特征。這些結(jié)果表明核孔纖維上錨定的D compartment可以穩(wěn)定多相生殖顆粒結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)互作網(wǎng)絡(luò)和蛋白質(zhì)-RNA互作網(wǎng)絡(luò)，促進多相凝聚體結(jié)構(gòu)的形成和維持小RNA調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，并最終影響生殖細胞的正常發(fā)育和永生性。
核孔錨定的D區(qū)室維持生殖顆粒多相凝聚體結(jié)構(gòu)的模式圖
萬剛教授為本論文唯一通訊作者，萬剛教授團隊博士研究生路普和鄧博遠為共同第一作者。除萬剛教授團隊成員外，本研究還得到哈佛大學醫(yī)學院Scott Kennedy教授和生命科學學院駱觀正教授的幫助。
