2024-07-12 Nature Communications | 中国科学技术大学发现新的亚细胞器

　　

近日，中国科学技术大学生命科学与医学部光寿红课题组，施蕴瑜院士课题组,安徽医科大学冯雪竹课题组与哈佛大学Scott Kennedy课题组合作在《Nature Communications》杂志上发表了题为“Germ granule compartments coordinate specialized small RNA production”的文章。该研究在线虫中发现了一个参与siRNA扩增的新的亚细胞器：E颗粒。在本项研究中，课题组通过蛋白组学和细胞学手段鉴定出了5个定位于E颗粒的蛋白，包括EGO-1，DRH-3，EKL-1，ELLI-1和一个新蛋白EGC-1，并揭示了E颗粒参与小干扰RNA扩增的分子机制。

真核细胞的细胞器大都通过膜结构与周围环境隔开，从而形成独立的区室。与此相对，细胞中还存在另一类结构，即无膜细胞器。这些无膜细胞器在细胞中构建出微米或者亚微米级的区室，为生物体基本生化反应提供独立的亚细胞场所。常见的真核细胞的无膜细胞器包括核仁、加工小体、Cajal小体、神经颗粒、应激颗粒（stress granule）、生殖腺颗粒（germ granule）等。生殖腺颗粒是目前研究者广泛关注的一种无膜细胞器，其富含RNA和许多参与RNA代谢的蛋白，是生殖细胞基因表达和调控的枢纽。生殖腺颗粒在秀丽线虫生殖发育的过程中也不可或缺，是研究者探究无膜细胞器生成、调控与功能的重要研究对象。近年来，随着对生殖腺颗粒研究的深入，研究者发现除了P颗粒外，线虫生殖腺细胞中存在着其它多种多样的生殖腺颗粒，包括Z颗粒，Mutator颗粒，SIMR颗粒和P-小体。在空间位置上，这些颗粒彼此靠近，有序组装形成大的生殖腺颗粒复合体。线虫生殖腺参与RNA干扰机器的成分大多分布在生殖腺颗粒不同区室中，这些区室参与了RNA干扰的不同过程。

在本研究中，课题组首先通过免疫沉淀和质谱联用实验，鉴定出四种与一个必需基因RNA依赖的RNA聚合酶EGO-1具有较强相互作用的蛋白质，包括DRH-3、EKL-1、ELLI-1、和EGC-1，这些蛋白质在生殖腺细胞核周聚集形成亮点，并且相互之间共定位，但是与目前已知的其它生殖腺颗粒均不共定位。因此，课题组将这些蛋白在生殖腺细胞核周形成的亮点命名为E granule，即E颗粒。随后，通过一系列遗传学、分子生物学和生物信息学等方法，根据生殖腺颗粒的依赖性，课题组将生殖腺细胞特异性小干扰RNA分为三类，并对每一类小干扰RNA的产生，靶标与功能进行了探讨。课题组发现产生于不同亚细胞区室的小干扰RNA会作用在不同的靶标基因上，调控基因表达，这些调控过程既相互补充又相互独立。有意思的是，靶向E类基因3’端的小干扰RNAs参与部分E类基因的表达调控，其缺失导致线虫出现不育或者胚胎致死表型。此外，E颗粒的组装缺陷也会诱导内源小干扰RNA扩增的紊乱，继而导致一系列异常表型的产生，包括生育率的下降，RNA干扰机器的失活等。

本文的第一作者是光寿红课题组的陈向阳博士，王珂博士和Farees Ud Din Mufti博士, 光寿红教授，Scott Kennedy教授，施蕴渝院士和冯雪竹教授为本文的共同通讯作者。该研究还得到了北京生命科学研究所董梦秋课题组和法国巴斯德大学发育与干细胞生物学系Germano Cecere课题组的支持。该研究得到了国家创新人才项目、科技部、基金委、中科院和中国科学技术大学的大力支持。

文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-50027-3