遗传所林爱福团队Cell Research发文报道LncRNA通过液-液相分离机...

　　

细胞内蛋白质、核酸等生物大分子可通过液-液相分离（LLPS）形成液滴样无膜结构，为各种生命活动提供区室化反应空间，提高各种生化反应效率。LLPS受多价弱相互作用驱动，这类作用力来自于蛋白内在无序区（IDR）/类朊病毒病序列（PrLD）、支架DNA或RNA分子。长链非编码RNA（Long non-coding RNA, LncRNA）可作为支架分子促进和维持无膜结构的形成，对基因转录等重要生物学事件发挥调控作用，如应激时神经元细胞中LncRNA NEAT1可与TDP-43共定位并促进TDP-43蛋白的相分离，使TDP-43在细胞应激时在细胞核内形成具有细胞保护功能的无膜、液滴状、动态可逆的核颗粒。

目前研究证明LncRNA在细胞信号调控中发挥重要调控功能。浙江大学林爱福等课题组在内的一系列前期研究，发现细胞膜脂结合LINK-A促进了细胞质膜PIP3-AKT信号转导，细胞质CamK-A介导了Ca2+信号与NF-κB信号交互，细胞核BCAR4介导了Hedgehoge-Hippo信号转录协同，此外，林爱福团队近期在Nature Metabolism发表论文，通过建立细胞器免疫亲和纯化体系，绘制了细胞器LncRNA图谱，并从中揭示了线粒体LncRNA GAS5介导三羧酸循环代谢区室解离中的重要调控作用。深入阐明细胞质LncRNAs调控细胞信号转导的作用方式和机理机制，将丰富人们对细胞信号转导的认知，为揭示肿瘤等恶性疾病发生提供理论指导和临床借鉴。

2021年7月15日，浙江大学生命科学学院林爱福课题组在Cell Research杂志在线发表题为“A Phosphatidic Acid-binding LncRNA SNHG9 Facilitates LATS1 Liquid-liquid Phase Separation to Promote Oncogenic YAP Signaling”的研究论文。该研究发现磷脂酸结合型LncRNA SNHG9通过调控Hippo信号节点激酶LATS1相分离，继而调控YAP肿瘤信号活化和肿瘤发生发展。该文阐明了细胞质LncRNA通过介导节点激酶分子相分离以调控细胞信号转导的新机制，为肿瘤诊治提供理论依据和潜在靶标。

该研究通过转录组测序和生信分析，发现了一系列在乳腺癌中高表达的LncRNAs，其中SNHG9（small nucleolar RNA host gene 9）表达显著上调，提示SNHG9可能参与乳腺癌的恶性进展。通过RNA pulldown和Lipid dot blot等实验发现，SNHG9可与磷脂酸（Phosphatidic acid，PA）和Hippo节点激酶LATS1直接结合, PA结合SNHG9可进一步抑制LATS1-MOB1复合体的形成，继而下调LATS1激酶活性和YAP磷酸化水平，从而促进YAP靶基因的转录和乳腺癌细胞增殖。

在借助免疫荧光观察SNHG9过表达细胞系中LATS1蛋白亚细胞定位时，研究人员发现与蛋白发生相分离形成的斑点类似，LATS1蛋白在细胞质中形成液滴状的的亮斑，提示LATS1在该条件下可能发生了液-液相分离。通过生物信息学分析LATS1蛋白的氨基酸序列，发现LAST1的N端含有PrLD序列，进一步支持了LATS1可能发生液-液相分离的猜想。研究人员截取已报道的可发生相分离蛋白的内部无序区（IDR），置换到LATS1的PrLD序列，发现截去PrLD的LATS1不能发生相分离，而置换其它蛋白IDR恢复了LATS1蛋白的相分离能力，证实PrLD序列介导了LATS1蛋白发生相分离。以此为突破口，研究人员通过一系列分子生化实验，证实SNHG9可通过促进LATS1相分离来抑制LATS1的激酶活性。

图1  LATS1蛋白的PrLD介导其发生相分离

 

图2  SNHG9促进LATS1的相分离

综上，该研究提出了SNHG9参与Hippo信号转导的工作模型：PA结合的SNHG9与LATS1形成复合物，阻止MOB1和LATS1互作、抑制LATS1的激酶活性；另一方面，LATS1蛋白的PrLD序列可驱动LATS1相分离的发生，SNHG9则作为支架招募LATS1蛋白聚集并提高LATS1蛋白的局部浓度、促进LATS1相分离的发生并抑制其激酶活性，从而促进YAP的入核和转录活性。该研究揭示了SNHG9-LATS1-PA通过液-液相分离机制调控Hippo信号通路和乳腺癌的发生发展，有助于更好地理解液-液相分离参与信号转导和疾病发生发展的作用和机制，并为癌症等人类重大疾病诊治提供了新靶标。

图3  SNHG9促进LATS1相分离调控Hippo信号活化的示意图

该研究得到国家自然科学基金委、浙江大学等项目大力支持。浙江大学生命科学学院林爱福研究员为该文通讯作者。浙江大学博士生李瑞花、葛起伟与中山大学田甜博士为该文的共同第一作者。值得一提的是，葛起伟同学在LATS1相分离现象的发现和相关实验体系的建立中做出了积极贡献。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41422-021-00530-9