Mol Cell | 高温如何被细胞感知？核内应激小体介导的RNA剪接温度感应新机制

撰文 | eternallj

生命系统始终处于不断变化的环境之中，其中温度波动是最常见、也是最具挑战性的外界刺激之一。面对热应激，细胞并非简单地启动保护程序，而是通过精细调控基因表达网络，使转录、翻译以及RNA加工等多个生命过程实现动态适应。其中，pre-mRNA剪接作为真核基因表达调控的重要环节，对环境应激高度敏感。然而，广泛关注并且未被完全解决的问题是：细胞究竟如何“感知”温度变化，并将这种物理信号转化为特定的分子事件，从而精准调控RNA剪接过程？

近日，日本大阪大学Tetsuro Hirose研究团队在Molecular Cell发表研究论文 Thermo-sensing mechanisms of splicing control by nuclear stress bodies，揭示了一套由蛋白磷酸化动态平衡驱动的温度感应机制。研究发现，核内应激小体（nuclear stress bodies, nSBs）并非单纯的应激聚集结构，而是一个能够整合温度信息并调节RNA剪接的功能性反应平台。剪接调控激酶CLK1上的关键位点Ser341磷酸化状态充当分子开关，在PP1磷酸酶和RIOK2激酶的共同调控下，实现温度依赖性的空间定位转换，从而控制热应激恢复阶段的pre-mRNA剪接。

研究团队首先提出一个关键问题：在热应激恢复过程中，为什么剪接调控因子CLK1能够选择性进入nSBs，而在热应激状态下却无法定位于该结构？此前研究已经发现，nSBs由HSATIII长链非编码RNA（lncRNA）作为支架形成，可以招募大量RNA结合蛋白，并参与超过400个pre-mRNA的温度依赖性剪接调控。然而，控制CLK1进入nSBs的分子机制一直未知。

为了回答这一问题，研究人员首先利用CLK1突变体分析其结构基础。结果显示，CLK1 N端内在无序区域（intrinsically disordered region,IDR）中存在三个决定nSB定位的重要区域，被称为nSB localization regions（nSB-LRs）。进一步分析发现，这些区域具有特定的正负电荷交替分布模式，这种“分子密码”对于CLK1与nSBs之间的相互作用至关重要。缺失这些区域或破坏电荷分布后，CLK1无法有效进入nSBs，提示蛋白质结构中的微妙物理特征可能决定其细胞内空间命运。

研究团队进一步利用免疫共沉淀结合质谱分析（coIP-MS）寻找调控CLK1定位的关键因子。结果发现，RIOK2能够特异性结合CLK1的nSB定位区域，而RIOK2敲低或抑制剂处理均显著阻碍CLK1进入nSBs。结果表明，RIOK2的激酶活性对于这一过程不可或缺，其不仅影响CLK1空间定位，还参与调节nSB介导的剪接功能。

研究团队随后提出新的关键问题：RIOK2究竟通过何种方式控制CLK1定位？结果提示，RIOK2并非简单作为定位伴侣，而是通过调节CLK1磷酸化状态发挥作用。结果发现，CLK1 Ser341位点在正常温度下保持磷酸化状态，热应激时发生去磷酸化，而恢复正常温度后重新被磷酸化。进一步质谱分析和突变实验明确证明，Ser341是RIOK2依赖性磷酸化位点；当该位点突变为不可磷酸化形式（S341A）后，CLK1无法进入nSBs，同时其激酶活性下降，导致SRSF蛋白磷酸化不足。

那么，热应激过程中是谁承担了去除CLK1 Ser341上的磷酸基团的功能？研究团队进一步发现，蛋白磷酸酶PP1承担了这一功能。实验结果提示，PP1能够在热应激期间促进CLK1去磷酸化，而抑制PP1则阻断这一过程。值得注意的是，PP1并不是简单地关闭CLK1功能，而是在时间维度上重新设定CLK1的状态，使其只能在恢复阶段重新被RIOK2激活并定位至nSBs。这提示细胞通过“先关闭，再精准恢复”的策略，实现对应激反应的动态控制。PP1自身并不是直接感知温度变化，而是受到调节亚基PPP1R2控制。PPP1R2是一种完全由内在无序结构组成的蛋白，在正常温度下结合并抑制PP1活性，而高温环境促进PPP1R2与PP1解离，使PP1被激活并完成CLK1去磷酸化。体外结合实验进一步证明，PPP1R2与PP1之间的相互作用具有明显温度敏感性，因此PPP1R2被定义为一种可逆性的分子温度传感器。

研究团队最后通过体外重构体系验证了整个调控模型。结果提示，RIOK2、PP1以及PPP1R2三个组分即可重建温度依赖性的CLK1磷酸化变化：热应激状态下，PPP1R2解离导致PP1占据优势，使CLK1去磷酸化；温度恢复后，PPP1R2重新抑制PP1，使RIOK2能够快速重新磷酸化CLK1，促进其进入nSBs并恢复剪接调控功能。由此，研究团队建立了一个完整的“温度信号-磷酸化转换-亚核定位-RNA剪接调控”的分子链路。

总体而言，本研究揭示了人类细胞中一种此前尚未明确的温度感知机制：细胞并不是通过单一温度受体感知环境变化，而是利用蛋白相互作用、内在无序结构以及激酶/磷酸酶动态平衡共同构建精细的“分子温度计”。nSBs作为一种无膜细胞器，不仅是应激状态下蛋白质和RNA聚集的平台，更是连接环境刺激与基因表达调控的重要信息处理中心。这一发现进一步拓展了我们对于细胞应激适应机制以及无膜细胞器功能的理解，也为探索环境因素如何影响RNA代谢和疾病相关基因表达提供了新的理论基础。

图文解读：

Tetsuro Hirose等人的研究表明，CLK1的磷酸化状态充当了一种分子开关，决定其是否能够响应温度变化并定位到核内应激小体。该过程依赖于一个多层级的温度感知网络：其中，内在无序蛋白PPP1R2作为可逆性温度传感器，在热应激期间调控PP1介导的CLK1去磷酸化；而在应激恢复阶段，RIOK2介导CLK1重新磷酸化，从而促进其进入核内应激小体，并最终调控温度依赖性的pre-mRNA剪接过程。

原文链接： https://doi.org/10.1016/j.molcel.2026.06.034

制版人： 十一

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