IRTKS凝聚体调控异染色质形成的新机制

　　

胰岛素受体酪氨酸激酶底物（IRTKS）是上海交通大学系统生物医学研究院韩泽广科研团队首先分离和命名的基因，发现其不仅能够调节细胞膜伪足的形成，而且在肿瘤发生发展、胰岛素信号转导以及抗病毒免疫反应等过程中都发挥着重要的作用（Cell Research, 2013；Gut, 2018；Nature Communications，2015；Cancer letters, 2013；Int. J. Mol. Sci. 2019）。最近，他们还发现IRTKS能调控组蛋白修饰（Cancer letters, 2023），但具体的表观遗传调控机制尚不清楚，尤其是对异染色质的调控方式及其作用机制还未知。而异染色质作为真核生物细胞核的重要组成部分，在基因组稳定性的维持、基因表达、胚胎发育和衰老等过程都中发挥关键作用。除了异染色质关键的标志物HP1α以外，仍然有许多重要的生物大分子可能参与异染色质形成的调控。

2024年8月27日韩泽广团队以发表在著名学术期刊《EMBO Journal》上，题为Heterochromatin formation and remodeling by IRTKS condensates counteract cellular senescence的研究论文揭示了IRTKS通过形成生物分子凝聚体来调控异染色质形成新机制，为IRTKS调控基因表达提供了新见解。

针对该问题，研究团队首先利用实验室已有的IRTKS全身敲除小鼠组织和小鼠胚胎成纤维细胞（MEFs）探究IRTKS对异染色质的调控。通过透射电子显微镜观察到，在小鼠组织（肝脏、肾脏和胃）、小鼠胚胎成纤维细胞（MEFs）和肝脏内皮细胞系中敲除IRTKS后，异染色质结构明显减少；反之，过表达IRTKS，异染色质结构明显增加。并且，结合免疫荧光和荧光漂白恢复实验发现，IRTKS与异染色质重要的标志物（H3K9me3和HP1α）能够共定位。并且敲除IRTKS后，HP1α的荧光强度及其流动性均受到抑制，这些结果表明IRTKS对异染色质形成发挥着重要的作用。

此外，研究人员通过免疫荧光实验发现，在小鼠的肝脏以及肾脏的细胞核和细胞质中观察到内源性的IRTKS所形成的“斑点”结构，这提示着IRTKS在生理条件下能发生相分离。接着，在细胞内和体外，均能观察到IRTKS能形成液滴结构，并且符合相分离特性。此外，IRTKS液滴能够与不同的异染色质成分共融合，包括重要的异染色质蛋白HP1α以及不同的DNA和核小体矩阵。这些结果说明了，IRTKS液滴可能作为异染色质凝聚物的成分之一，能够参与到异染色质相关的相分离过程中。

进一步，研究人员通过整合染色质免疫共沉淀测序（ChIP-seq）、染色质可及性测序（ATAC-seq）和RNA测序（RNA-seq）等多层次组学分析发现，敲除IRTKS后，异染色质重要标志物（H3K9me3和HP1α）在异染色质区域重复序列的结合减少，重复序列区域染色质的开放性增加，异染色质区域重复序列的表达被激活。

更重要的是，在小鼠的肾脏和肝脏中，敲除IRTKS后表达上调的基因主要集中在细胞衰老，异染色质和染色质组装等生物过程，这提示着IRTKS可能与细胞衰老有关。为了验证这一猜测， 研究人员通过实验研究发现，IRTKS在小鼠衰老过程的肾脏和肝脏组织中表达下降，而肝脏和肾脏组织以及小鼠胚胎成纤维细胞（MEFs）中敲除IRTKS后，细胞衰老标志物β-半乳糖苷酶活性显著增高，p21和P16以及SASP相关基因的表达明显上调，端粒长度缩短，这些结果提示着IRTKS缺失会促进细胞衰老。

此外，相分离概念的引入以及IRTKS在细胞衰老中的作用，也进一步拓宽了IRTKS的生物学功能，并为延缓衰老和干预衰老相关疾病提供了潜在靶标。

上海交通大学韩泽广教授为本文通讯作者，上海交通大学博士研究生谢佳、博士后路兆宁和博士研究生白士浩为本文的共同第一作者。该研究得到了华东师范大学翁杰敏教授、李晓涛教授，同济大学王平教授和中国科学院生物物理研究所李国红教授的帮助。本研究也得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、国家科技重大专项和上海市自然科学基金等项目的支持。

作者：

韩泽广课题组

供稿单位：

系统生物医学研究院