Dev Cell | 中国科学院张宏团队揭示细胞内天然蛋白以表面活性剂方式调控转录活性

界面张力控制着多种生物凝聚体在不同生物过程中的行为和生理功能。生理环境中是否存在调节生物凝聚体面张力和功能的细胞表面活性剂因子尚不清楚。

2023年4月24日，中国科学院生物物理研究所张宏团队在Developmental Cell（IF=13）在线发表题为“Cellular proteins act as surfactants to control the interfacial behavior and function of biological condensates”的研究论文，该研究揭示了细胞蛋白作为表面活性剂控制生物凝聚体的界面行为和功能。TFEB是一种控制自噬-溶酶体基因表达的主转录因子，它组装成转录凝聚体来控制自噬-溶酶体途径(ALP)。

该研究表明界面张力调节了TFEB凝聚体的转录活性。MLX、MYC和IPMK作为协同表面活性剂，降低了TFEB凝聚体的界面张力和DNA亲和力。TFEB凝聚体的界面张力与DNA亲和力和随后的ALP活性定量相关。TAZ-TEAD4形成的凝聚体的界面张力和DNA亲和力也受到协同表面活性剂蛋白RUNX3和HOXA4的调节。

生物大分子通过液-液相分离(LLPS)组装成不同的生物凝聚体，控制各种细胞过程。相分离的类液态凝聚体可进一步发生相变，形成多种物质状态，包括水凝胶态、液晶态、纤维态和玻璃态。生物凝聚体的界面张力、弹性、黏性等独特的物质特性与其生理功能密切相关。生物凝聚体的界面张力可以通过工程表面活性剂样蛋白来修饰，该蛋白可以与生物凝聚体和溶液相互作用。这些表面活性剂吸附在生物凝聚体上，修饰界面，降低界面张力，从而调节凝聚体的大小和结构。

表面活性剂是一种能有效降低两相间界面张力的物质。一些细胞蛋白被认为在细胞内环境中对特定的非膜界面具有表面活性剂活性。然而，在生理条件下，内源性细胞表面活性剂是否可以调节生物凝聚体的界面张力及其相应的功能，目前所知甚少。

LLPS和相变也参与自噬溶酶体途径(ALP)。在碱性磷酸酶中，错误折叠的蛋白质和受损的细胞器等货物被双膜自噬体吞没，并通过融合传递给溶酶体，形成酸性自溶酶体进行降解。MiT/TFE家族成员，包括TFEB和TFE3，属于转录因子bHLH-ZIP亚群，控制自噬溶酶体基因的转录，从而调节ALP活性。bHLH-ZIP转录因子MYC和核伴侣蛋白肌醇多磷酸多激酶(IPMK)已被证明通过MiT/TFE转录因子对ALP的转录调节起作用。TFEB经过LLPS形成液体状凝聚体，并且TFEB凝聚体的材料特性可以通过未知的机制来改变ALP的活性。

机理模式图（图源自Developmental Cell ）

该研究发现界面张力指定了TFEB凝聚体对自噬溶酶体基因启动子区域的可及性。该研究发现bHLH-ZIP家族转录调节剂MLX是TFEB凝聚体的表面活性剂。MLX、MYC和IPMK作为协同表面活性剂，协同降低TFEB凝聚体的界面张力和随之而来的DNA亲和力，从而负调节ALP。总之，该研究表明在生理条件下，细胞表面活性剂蛋白可以控制生物凝聚体的界面张力和功能。

中国科学院生物物理研究所张宏实验室王峥副研究员是该论文通讯作者和第一作者，博士研究生杨春是共同第一作者，张宏研究员为资深作者。中科院力学所关东石研究员和国科大已毕业本科生李嘉琪参与了该项工作。

原文链接：

https://www.cell.com/developmental-cell/fulltext/S1534-5807(23)00157-0

转自：“iNature”微信公众号

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