oskar RNP granule通过液固相变促进果蝇胚胎发育

撰文 | YQ

责编 | 兮

在发育生物学中，两侧对称动物在三维空间中的两个坐标轴上存在差异：区分前端和后端的前后（anterior-posterior，AP）轴，和区分背面与腹面的背腹（dorsal-ventral，DV）轴。体轴的建立与维持，在胚胎发育过程中起着重要的作用。mRNA的细胞内定位是mRNA转录后调控的重要步骤之一，在神经系以及发育生物学中发挥着重要作用。在发育生物学的模式物种果蝇中，oskar mRNA的定位与翻译对于果蝇的生殖质的形成起着重要的作用。

新转录的Oskar mRNA其3’-UTR部位结合抑制因子形成无活性的RNP granules,抑制其翻译，并通过微管等细胞骨架运输到卵母细胞的后极，输运到卵母细胞的后极后通过与激活因子的结合才开始翻译过程。Oskar蛋白翻译后，招募其它蛋白质以及RNA，如Vasa, Tudor, Aubergine蛋白以及nanosm RNA等共同完成果蝇生殖质的组装和腹部发育。若人为地将oskar mRNA 移植到卵母细胞的前极，可诱导生殖细胞在前极产生。因此Oskar mRNA对于果蝇的发育起着重要的最用。一直以来，Oskar RNP granule的物理化学性质及其调控机制尚未阐明。

2022年3月23日，来自德国European Molecular Biology Laboratory的Anne Ephrussi与Julia Mahamid课题组在Cell杂志发表了题为Liquid-to-solid phase transition of oskar ribonucleoprotein granules is essential for their function in Drosophila embryonic development的文章，揭示了oskar ribonucleoprotein granule是通过液-固相变形成，并且该相变能力对于果蝇胚胎发育起着重要的作用，同时阐明了Bruno和Hrp48蛋白在该过程中的重要调控作用。

为了验证oskar ribonucleoprotein granule是否是通过相分离形成的颗粒，作者首先通过3D STED super-resolution imaging的方法，对于体内的oskar ribonucleoprotein granule结构进行了观察，发现 oskar ribonucleoprotein granule大多呈现圆形结构，直径在400nM左右，这与相分离形成的颗粒特点一致。为了进一步证明是否是相分离形成，作者应用了MCP-MS2系统，通过EGFP标记了体内的oskar mRNA，作者发现，oskar RNP granule并没有典型的液液相分离的特点，两两之间并不会相互融合，对于1,6-己二醇的处理也不敏感，因此，推测oskar RNP granule是通过相分离形成的类似固体的结构。

进一步体外的研究显示，Bruno 与 Hrp48可以在体外与oskar mRNA形成相分离，Bruno-oskar mRNA形成的condensates较小，Hrp48-oskar mRNA形成的condensates较大，与体内的oskar RNP granule一致，该种condensates不会发生融合，FARP实验也显示其荧光漂白恢复缓慢，更趋近于固态的结构，不像传统的液液相分离形成的“液滴”。另外，无论是Bruno-oskar mRNA还是Hrp48-oskar mRNA刚刚形成的condensates， oskar mRNA可以很快地进入condensates，但是30分钟后不再进入。该结果证实了该condensates经历一段快速的液态的状态，并募集oskar mRNA，随后快速转变为固态状态。进一步的体内以及体外研究揭示，Bruno的PrLD结构域对于其与oskar mRNA的结合没有影响，但是显著影响了oskar RNP granule的形成，而Hrp48的PrLD结构域对于oskar RNP granule的形成无显著影响，但是对于其定位，以及其翻译过程起着重要的作用。

应用MCP- MS2系统，使用MCP-EGFP-FUS LC转基因果蝇，作者可以实现在体内调控oskar RNP granule的形成，发现，当改变oskar RNP granule的相分离性质后，oskar RNP granule的定位受到显著影响，不再专一地定位到posterior，同时oskar mRNA的翻译过程也受到显著抑制，进一步的发现，当该过程被改变后，果蝇的胚胎发育过程将收到显著的影响。

综上，该研究发现oskar RNP granule是通过相分离形成，形成早期是一种类似液滴的结构，可以募集mRNA，这种状态的液滴很快将转变为一种类似固态的结构，这种固态的结构可以选择性地募集一部分蛋白，从而实现对胚胎发育的调控，干扰这种相分离的过程，将影响oskar mRNA的定位，翻译以及后续的发育过程。

https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.02.022

制版人：十一

转载须知

【原创文章】BioArt原创文章，欢迎个人转发分享，未经允许禁止转载，所刊登的所有作品的著作权均为BioArt所拥有。BioArt保留所有法定权利，违者必究。