Nat Struct Mol Biol | 万刚团队揭示一个核孔锚定的凝聚物维持生殖颗粒多相凝聚体结构

真核细胞通过有膜细胞器（如细胞核、线粒体）和无膜细胞器（又称生物大分子凝聚体, 如应激颗粒（stress granule）、生殖颗粒（germ granule））形成高度区室化的结构，以有序调控生化反应。生物大分子凝聚体通常不是均一的结构，可以形成多相的凝聚体结构。近年来，研究揭示秀丽线虫生殖颗粒通过形成多个亚区室的多相凝聚体结构，进一步协调复杂的RNA调控通路。其生殖颗粒至少由P（P granule）、Z（Z granule）、M（Mutator foci）和S（SIMR foci）四个亚区室构成空间有序多相结构，参与出核mRNA的监测、跨代表观遗传（Transgenerational epigenetic inheritance （TEI））、poly(UG) RNA生成和siRNA扩增等过程【1-5】。然而这些亚区室的形成与动态调控机制还很不清楚。

2025年3月13日，中山大学生命科学学院的万刚教授团队，在Nature Structural & Molecular Biology杂志发表题为“A nuclear pore-anchored condensate enables germ granule organization and transgenerational epigenetic inheritance”的研究成果。该研究在秀丽隐杆线虫中发现，保守的DEAD-box RNA解旋酶DDX-19在核孔纤维与已知生殖颗粒亚区室（P、Z、M、S）之间，形成一个独立的具有液相凝聚物特性的新区室，称之为D区室。D区室依赖于保守的核孔纤维蛋白NPP-14和GLEL-1锚定在外核膜。DDX-19、NPP-14或GLEL-1的缺失会导致功能缺陷：包括其他四个生殖颗粒区室的结构重排、生殖细胞永生性的丧失以及基于小RNA的TEI的失调。

在前期研究中，作者为鉴定影响RNAi遗传的关键调控因子，进行了正向遗传筛选工作，鉴定到维持RNAi遗传的关键蛋白ZNFX-1和WAGO-4【2】。由于生殖颗粒的组分参与RNAi遗传的记忆和传递，因此作者将生殖颗粒中的组分与前述正向遗传筛选所得的RNAi遗传的突变体进行交集，并进一步验证发现了进化上保守的参与mRNA转运的DEAD-box RNA解旋酶DDX-19参与RNAi遗传。通过定位和遗传分析表明，DDX-19位于核孔和生殖颗粒其他亚区室之间，形成一个独立的亚区室，作者将这个亚区间命名为D区室（D compartment）。

据报道，DDX-19在酵母/人类中的同源蛋白为Dbp5/DDX19，在细胞核核周通过核孔蛋白Nup159/NUP214和GLE1的帮助，促进mRNA由细胞核向细胞质的转运【6,7】。通过序列同源性和结构同源性比对，作者发现秀丽线虫NPP-14和GLEL-1（GLE1 Like）分别为Nup159/NUP214和GLE1的同源物。定位分析表明NPP-14和GLEL-1均为核孔纤维蛋白，NPP-14锚定GLEL-1，GLEL-1进一步锚定DDX-19。且NPP-14、GLEL-1和DDX-19均调控RNAi遗传和生殖细胞的永生化。然而通过RNA FISH，作者并未发现DDX-19、NPP-14或GLEL-1缺失影响秀丽线虫mRNA的核质转运，提示它们的表型与传统的mRNA转运功能无关。

有趣的是，缺失DDX-19、NPP-14或者GLEL-1导致生殖颗粒其他亚区室从均匀分布的状态变成部分聚集和融合的状态，因此D compartment的功能之一是促进多相凝聚体结构的形成。缺失NPP-14或者GLEL-1导致DDX-19与P granules和Z granules的融合，提示D compartment是由于NPP-14和GLEL-1与P granules的蛋白质组分竞争性地与DDX-19互作形成的，进一步证明了多相凝聚体结构的形成是由于竞争性的蛋白质相互作用导致的。此外，缺失DDX-19、NPP-14或者GLEL-1导致参与RNAi遗传记忆的poly(UG) RNA从Mutator foci更多的分布到Z granules中，这也可能影响内源性的小RNA和TEI。Small RNA-seq进一步证明DDX-19、NPP-14和GLEL-1调控一部分内源性的小RNA并揭示了这些小RNA的特征。这些结果表明核孔纤维上锚定的D compartment可以稳定多相生殖颗粒结构的蛋白质互作网络和蛋白质-RNA互作网络，促进多相凝聚体结构的形成和维持小RNA调控网络，并最终影响生殖细胞的正常发育和永生性。

图1.核孔锚定的D区室维持生殖颗粒多相凝聚体结构的模式图

万刚教授为本论文唯一通讯作者，万刚教授团队博士生路普和邓博远为共同第一作者。除万刚教授团队成员外，本研究还得到哈佛大学医学院Scott Kennedy教授和中山大学生命科学学院骆观正教授的帮助。

https://www.nature.com/articles/s41594-025-01515-7

参考文献：

1. Sheth, U., et al., Perinuclear P granules are the principal sites of mRNA export in adultC. elegansgerm cells. Development, 2010.137(8): p. 1305-1314.

2. Wan, G., et al., Spatiotemporal regulation of liquid-like condensates in epigenetic inheritance. Nature, 2018.557(7707): p. 679-683.

3. Ouyang, J.P.T., W.L. Zhang, and G. Seydoux, The conserved helicase ZNFX-1 memorializes silenced RNAs in perinuclear condensates. Nat Cell Biol, 2022.24(7): p. 1129-1140.

4. Shukla, A., et al., poly(UG)-tailed RNAs in genome protection and epigenetic inheritance. Nature, 2020.582(7811): p. 283-288.

5. Manage, K.I., et al., A tudor domain protein, SIMR-1, promotes siRNA production at piRNA-targeted mRNAs in C. elegans. eLife, 2020.9.

6. Weirich, C.S., et al., Activation of the DExD/H-box protein Dbp5 by the nuclear-pore protein Gle1 and its coactivator InsP6 is required for mRNA export. Nature Cell Biology, 2006.8(7): p. 668-676.

7. von Moeller, H., C. Basquin, and E. Conti, The mRNA export protein DBP5 binds RNA and the cytoplasmic nucleoporin NUP214 in a mutually exclusive manner. Nat Struct Mol Biol, 2009.16(3): p. 247-54.

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