浙江大学张进/冯钰团队揭示重编程因子LIN28A通过影响核仁相分离进而调控多能干细胞命运

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

核仁是多种液相凝聚物，存在液-液相分离（LLPS）现象，典型的核仁是一个三层区室化的结构，许多蛋白都定位于此并参与构建纤维中心（FC）、致密纤维组分（DFC）和颗粒组分（GC）液相分层。

核仁相分离是核糖体生物发生，蛋白质的翻译和核仁应激反应所必需的至关重要的分子事件。然而，其在多能干细胞命运决定过程中的作用尚不清楚。LIN28A是一种高度保守的RNA结合蛋白，在促进体细胞重编程和多能性状态转变过程中发挥重要作用。细胞质中的LIN28A抑制let-7 microRNA的成熟在过去被广泛研究，但很少有研究关注LIN28A在细胞核中的作用。

2024年2月10日，浙江大学基础医学院干细胞与再生医学中心/浙江大学医学院附属第一医院/良渚实验室张进课题组与浙江大学基础医学院/浙江大学医学院附属邵逸夫医院冯钰课题组合作，在Nature Communications期刊发表了题为： Dynamic nucleolar phase separation influenced by non-canonical function of LIN28A instructs pluripotent stem cell fate Decisions 的研究论文。

该研究 首次发现LIN28A可以作为一个核仁完整性的标志蛋白，LIN28A的非经典相分离功能可以调控重编程，和帕金森症相关联的LIN28A IDR突变对核仁相变有重要作用。

该研究与张进课题组于2021年7月在Protein & Cell发表的题为“LIN28 Coordinately Promotes Nucleolar/Ribosomal Functions and Represses the 2C-like Transcriptional Program in Pluripotent Stem Cells”的论文及2021年11月在Nature Communications发表的题为“rRNA Biogenesis Regulates Mouse 2C-like State by 3D Structure Reorganization of Peri-Nucleolar Heterochromatin”的论文密切相关，进一步从核仁应激和相分离角度，对核仁参与调控多能干细胞的命运决定的机制做出了更加深入的阐释。

可以发生液-液相分离的蛋白的特点是内在无序区 （IDRs） 的存在。IDR区域富含少数氨基酸的重复序列，通常是低复杂度的区域, 不折叠成一个固定的三维结构。可被磷酸化的S120、S200丝氨酸残基，以及与帕金森病相关的R192精氨酸残基，三者都在LIN28A的IDR区域中，并且这三个氨基酸在人和小鼠之间保守。研究人员发现，在小鼠胚胎干细胞（mESCs）中，内在无序区（IDRs）的关键氨基酸对LIN28A和核仁相分离至关重要。

图1. IDRs的关键氨基酸对LIN28A和核仁相分离至关重要

LIN28A维持的核仁相分离对mESCs从naive到primed多能性转化至关重要。在naïve多能性状态向primed多能性状态转换期间，核仁的形态和功能变得更加成熟。

图2. LIN28A维持的核仁相分离对小鼠胚胎干细胞从naive到primed多能性转化至关重要

LIN28A相分离对体细胞重编程至关重要。研究人员发现在小鼠体细胞重编程过程中，LIN28A的IDRs中单个氨基酸突变导致重编程效率降低。且与MEF细胞相比，在iPSCs中，GC层形态显示出更高程度的规则性。

图3. LIN28A相分离对体细胞重编程至关重要

综上所述，该研究明确了LIN28A帮助完善核仁分层，这在小鼠胚胎干细胞从naive到primed多能性转化过程中起到促进作用；以及在重编程体系中LIN28A相分离对核仁重塑，进而促进重编程的作用。

图4. LIN28A相分离在维持核仁完整性和决定细胞命运中的作用模型

浙江大学张进教授和冯钰教授为该论文通讯作者。浙江大学医学院博士生谭田雨为论文第一作者，浙江大学医学院博士生高波为本文提供大力帮助。该课题的研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金面上项目、国家自然科学基金青年基金项目、浙江省杰出青年基金项目以及浙江省自然科学基金项目的支持，同时还得到了浙江大学尹亚飞课题组，浙江大学钱鹏旭课题组，北京大学季雄课题组，哈佛医学院Hao Wu课题组，哈佛医学院George Daley课题组等国内外单位的支持。

张进实验室长期从事哺乳动物早期胚胎发育的代谢调控，以及多能干细胞分化巨噬、NK等免疫细胞的基础与转化研究。 近五年的研究工作发表于 Nature Cell Biology(2024)、Nature Immunology(2023) 、Nature Metabolism(2021)、PNAS(2023)、Cell Metabolism(2018), Nature Communications(2021, 2023, 2024) 等知名学术期刊。

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论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-024-45451-4