Protein & Cell | 葛韵/刘君团队合作揭示O-GlcNAc糖簇调控转录凝聚体的新机制

近年来，众多研究发现蛋白质和RNA等生物大分子通过液-液相分离形成的无膜细胞器，广泛参与基因转录、RNA代谢和细胞应激等重要生命过程【1】。然而，细胞如何精准调控这些生物分子凝聚体的形成、物理性质及生物学功能，仍是该领域的重要科学问题【2】。作为细胞内一类重要的翻译后修饰，O-GlcNAc糖基化修饰广泛存在于上千种胞内蛋白上，在营养感知、应激响应和基因表达调控中发挥重要作用【3】。近年来已有研究发现，O-GlcNAc能够影响部分蛋白的相分离行为，但相关研究多集中于个别蛋白【4，5】，其是否存在普遍的分布模式和调控规律，仍缺乏系统性认识。

2026年7月30 日，深圳湾实验室葛韵课题组与北京大学刘君课题组合作，在Protein & Cell上发表题为O-GlcNAc clusters in intrinsically disordered regions regulate transcriptional condensates and gene control的研究论文，提出“O-GlcNAc簇（O-GlcNAc clusters）”这一概念，揭示多个糖修饰位点可通过协同作用调控生物大分子凝聚体的物理性质，继而影响染色质结合及基因表达。

研究团队首先聚焦人类蛋白质组中已报道的O-GlcNAc修饰位点，并结合相分离数据库和预测模型进行整合分析。结果发现，O-GlcNAc修饰显著富集于蛋白质的内在无序区，且呈现在较短的蛋白序列中成簇分布的特征。进一步分析发现，含有O-GlcNAc簇的一类蛋白通常具有更高的相分离倾向，并与转录调控和染色质结合显著相关，其中包括BRD4、MED1、EP300等经典转录相关蛋白。这一结果暗示，O-GlcNAc并非仅以孤立位点发挥作用，其在无序区中的聚集分布可能构成调控生物大分子凝聚体的一种重要模式。

为了验证这一规律，研究团队选择经典转录共激活因子BRD4作为代表模型，在其C端内在无序区内鉴定到12个主要O-GlcNAc修饰位点。并通过一系列突变和生化实验验证BRD4的糖基化修饰水平并非依赖某个“关键位点”，而是通过多位点协同产生的整体效应。继而通过体外液滴重构、荧光漂白恢复和活细胞成像实验，研究团队发现，O-GlcNAc修饰可减小BRD4凝聚体的尺寸并提高其流动性，从而削弱BRD4的相分离能力。利用蛋白质选择性的O-GlcNAc编辑工具在细胞中直接提高BRD4糖基化水平，也能够显著减少BRD4核内凝聚体的数量和大小。

研究团队进一步结合ChIP-seq、DisP-seq、染色质蛋白质组学和RNA测序，解析了O-GlcNAc调控BRD4凝聚体的生物学后果。去除BRD4上的主要O-GlcNAc位点后，其相分离能力和染色质结合显著增强，尤其是在活性增强子和超级增强子区域。与此同时，BRD4与YTHDC1、PSPC1等转录相关凝聚体组分的共定位和共凝聚增强，促进了转录凝聚体组装和新生RNA合成。这些变化进一步影响了细胞周期、DNA损伤修复和细胞增殖相关基因的表达：缺失O-GlcNAc修饰的BRD4能够增强细胞增殖，并提高细胞对DNA损伤的耐受能力。

长期以来，人们更多关注单个位点翻译后修饰对蛋白功能的影响，而本研究提出，多个低丰度糖修饰位点可以通过空间聚集产生"集合效应"，共同塑造蛋白质的物理化学性质和生物学功能。这一发现不仅拓展了人们对O-GlcNAc功能的认识，也丰富了生物大分子凝聚体"分子语法"理论，为理解多位点翻译后修饰如何协同调控生命过程提供了新的研究框架。此外， 这种O-GlcNAc簇并非BRD4所独有，而是在多种具有相分离能力的转录调控蛋白 （例如MED1、EP300和CRTC2） 中普遍存在，并同样能够抑制凝聚体形成、提高凝聚体流动性。这意味着，O-GlcNAc簇可能代表一种广泛存在于真核细胞中的凝聚体调控机制，为理解转录调控、细胞命运决定及肿瘤发生等重要生命过程提供了新的理论基础，也为未来开发基于糖修饰精准调控凝聚体的新型干预策略提供了新的思路。

北京大学深圳研究生院博士生邵国健、生命科学学院博士生邓启东、王天雨为论文的共同第一作者，葛韵研究员和刘君研究员为本研究的通讯作者。

原文链接：https://doi.org/10.1093/procel/pwag053

制版人： 十一

参考文献

1. Alberti, S. & Hyman, A.A. Biomolecular condensates at the nexus of cellular stress, protein aggregation disease and ageing.Nat. Rev. Mol. Cell Biol.22 , 196-213 (2021).

2. Li, J. et al. Post-translational modifications in liquid-liquid phase separation: a comprehensive review.Mol. Biomed. 3 , 13 (2022).

3. Yang, X. & Qian, K. Protein O-GlcNAcylation: emerging mechanisms and functions.Nat. Rev. Mol. Cell Biol.18 , 452-465 (2017).

4. Lv, P. et al. O-GlcNAcylation modulates liquid-liquid phase separation of SynGAP/PSD-95.Nat. Chem. 14 , 831-840 (2022).

5. Chen, Y. et al. O-GlcNAcylation determines the translational regulation and phase separation of YTHDF proteins.Nat. Cell Biol.25 , 1676-1690 (2023).

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