鄒鵬課題組利用光催化鄰近标記技術揭示應激顆粒轉錄組動态變化

      應激顆粒是在脅迫條件下形成的動态結構，通常認為其中包含翻譯被抑制的RNA以及翻譯元件，并可在刺激消失後解聚，是細胞内典型的無膜細胞器。在應激顆粒組裝的不同階段，大量RNA分子會被招募至應激顆粒中，對維持應激顆粒結構的穩定和刺激下通過調節基因表達來影響細胞生存等方面發揮重要作用。近年來，關于應激顆粒中的RNA成分問題已經開展了大量的研究。例如，基于成像的技術能夠直接觀測不同轉錄本在應激顆粒中的定位，以及可以實現在活細胞中監測轉錄本在不同顆粒之間的交換與翻譯狀态。然而，成像技術受限于較低的通量，并且需要已知的序列信息設計引物或構建報告分子，難以對應激顆粒中的RNA組成進行全局研究。另外，基于抗體的親和沉澱分離應激顆粒并結合高通量測序技術能夠提供應激顆粒的轉錄組信息。在實際操作中，複雜的分離純化步驟很容易造成組分丢失或引入污染，從而導緻轉錄組數據含有較高的假陰性與假陽性。同時，這種分離方法無法應用于研究應激顆粒的組裝與解聚動态過程。目前關于應激顆粒的RNA組成及其動态過程下的RNA組成變化的研究仍然有限。

　　近日，beat365官方网站鄒鵬課題組在Nature Communications上發表題為“Profiling stress-triggered RNA condensation with photocatalytic proximity labeling”的論文，利用發色團輔助鄰近标記技術（Chromophore-assisted proximity labeling and sequencing，CAP-seq），首次解析了無刺激條件與刺激後恢複階段下應激顆粒核心組分中轉錄組組成的變化，拓展了細胞質内基于液-液相分離構成的無膜細胞器在動态變化下的模型。

　　該工作将他們近年開發的RNA鄰近标記技術CAP-seq應用于研究應激顆粒轉錄組。在藍光激發下，蛋白質光催化劑miniSOG能夠介導對鄰近RNA分子上鳥嘌呤的氧化損傷，同時将一個帶有生物正交官能團的氨基探針共價交聯到損傷堿基，從而實現在~20納米的空間尺度下對亞細胞區域中RNA的标記。該工作首先将miniSOG與應激顆粒的核心組份蛋白質G3BP1融合表達在人胚胎腎細胞HEK293T中，利用亞砷酸鈉氧化脅迫或山梨糖醇滲透壓脅迫兩種方式誘導應激顆粒的産生，并開展CAP-seq标記其中的RNA組分。由此獲得的CAP-seq數據集在兩種刺激條件下分别包含457和822個轉錄本，後續的單分子熒光成像實驗驗證了該數據集具有高度的空間特異性。由此也發現了應激顆粒的RNA組分在不同刺激條件下存在143個共有的轉錄本成分，為深入解析應激顆粒的組裝機制提供了重要線索。

　　更進一步，該工作利用CAP-seq能夠直接标記RNA的優勢首次解析了應激顆粒在動态變化下的轉錄組組成，包括在無刺激的本底水平下存在的應激顆粒相關作用網絡中的RNA組成，以及在亞砷酸鈉刺激撤去後應激顆粒解聚過程中基于G3BP1蛋白的核心組分中RNA組成的變化。該工作發現，在刺激下轉錄本上CDS與3’ UTR序列上豐富的AU組成能夠促進RNA靶向至應激顆粒。在應激顆粒解聚過程中，具有更長3’UTR且AU含量高的轉錄本傾向于保留在應激顆粒中，同時無刺激下應激顆粒核心組分中的mRNA具有較高m⁶A修飾水平，并且能夠促進mRNA在應激顆粒解聚初期仍定位在應激顆粒的核心結構中。此外，該工作發現在應激顆粒基本解聚後，其核心組分的RNA組成更加類似于成熟應激顆粒中的RNA組分特征，由此推測應激顆粒的核心組分在解聚後發生了重塑，外界的刺激可能會在細胞中産生長時間的影響。

　　圖1 基于CAP-seq解析不同條件下的應激顆粒轉錄組組分

　　beat365官方网站、北大-清華生命科學聯合中心鄒鵬研究員為該論文的通訊作者，博士研究生任子琪與課題組已畢業的唐微博士為該論文的共同第一作者。該工作得到了國家自然科學基金委、科技部、北京分子科學國家研究中心、生物有機與分子工程教育部重點實驗室、北京腦科學與類腦研究所的支持。

　　原文鍊接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-43194-2