• 分類：人才隊伍
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• 來源：中國科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心
• 發(fā)布時間：2025-05-29 08:32
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【概要描述】5月27日，國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《Cell》在線刊登了中國科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心（即原生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所）陳玲玲研究團(tuán)隊的最新科研成果，論文標(biāo)題為“De novo assembly of nuclear stress bodies rearranges and enhances NFIL3 to restrain acute inflammatory responses”（核應(yīng)激小體全新組裝通過重排并增強(qiáng)NFIL3表達(dá)以抑制急性炎癥反應(yīng)）。該研究深入剖析了在熱休克等各類刺激條件下誘導(dǎo)產(chǎn)生的無膜亞結(jié)構(gòu)——核應(yīng)激小體（nuclear stress bodies，nSBs）的精細(xì)層級結(jié)構(gòu)以及動態(tài)組裝過程，同時揭示了其通過拉近與基因的三維空間距離，有效促進(jìn)NFIL3等基因的轉(zhuǎn)錄。NFIL3表達(dá)的上調(diào)會抑制炎癥因子的產(chǎn)生，進(jìn)而參與調(diào)控急性炎癥反應(yīng)，并且這一過程與膿毒血癥患者的生存率呈現(xiàn)出正相關(guān)關(guān)系。這一研究成果有力地揭示了細(xì)胞核應(yīng)激小體在基因表達(dá)調(diào)控方面所具備的重要功能，為膿毒血癥的精準(zhǔn)診療提供了全新的思路與方向。 真核生物的細(xì)胞核作為細(xì)胞遺傳與代謝的核心控制中心，其內(nèi)部呈現(xiàn)出高度有序的組織化狀態(tài)，形成了眾多無膜區(qū)室，這些區(qū)域被稱為細(xì)胞核亞結(jié)構(gòu)。這些由DNA、RNA和蛋白質(zhì)共同構(gòu)成的細(xì)胞核亞結(jié)構(gòu)，在組成成分和形態(tài)結(jié)構(gòu)上各不相同，它們積極參與基因表達(dá)的調(diào)控過程，具有重要的生理意義。核應(yīng)激小體是靈長類動物細(xì)胞在應(yīng)對諸如亞砷酸鈉（SA）、熱休克（HS）等不同理化刺激時所形成的一種特有的細(xì)胞核亞結(jié)構(gòu)，主要由微衛(wèi)星重復(fù)序列Satellite III (SatIII) DNA、SatIII RNA以及多種蛋白質(zhì)組成。多年來，圍繞核應(yīng)激小體的研究主要聚焦于其能夠通過滯留相關(guān)剪接因子，從而參與調(diào)控RNA的選擇性剪接。然而，重復(fù)性SatIII RNA序列的轉(zhuǎn)錄程度、核應(yīng)激小體的精細(xì)結(jié)構(gòu)以及組裝機(jī)理，還有其是否具有生理病理學(xué)功能等問題，仍然有待進(jìn)一步明確。 在本研究中，研究團(tuán)隊針對經(jīng)過亞砷酸鈉或熱休克刺激后的HeLa細(xì)胞開展了三代全長轉(zhuǎn)錄組測序（Long-read RNA-seq）實驗。實驗結(jié)果顯示，原本處于組成型沉默狀態(tài)的SatIII DNA在全基因組15個染色體上均出現(xiàn)了廣泛的轉(zhuǎn)錄表達(dá)現(xiàn)象，其中以9號染色體q12區(qū)域（9q12）的表達(dá)豐度最高。隨后，研究團(tuán)隊借助實驗室前期開發(fā)的活細(xì)胞DNA和RNA成像工具（相關(guān)研究成果發(fā)表于Mol Cell, 2019；Cell Insight, 2022; Nat Methods, 2024），成功實現(xiàn)了對活細(xì)胞中SatIII DNA和SatIII RNA的實時標(biāo)記。研究發(fā)現(xiàn)，在上述兩種刺激條件下，9號染色體SatIII異染色質(zhì)區(qū)域的體積顯著擴(kuò)張至刺激前的約2倍，異染色質(zhì)狀態(tài)逐漸趨于開放。與此同時，熱休克轉(zhuǎn)錄因子HSF1迅速結(jié)合到該區(qū)域，并轉(zhuǎn)錄出SatIII非編碼RNA，在經(jīng)過100分鐘后，初步形成了核應(yīng)激小體。此外，SatIII RNA還能夠招募更多的HSF1、轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子BRD4以及RNA轉(zhuǎn)運/剪接因子等30余種蛋白質(zhì)，共同組裝成具有高度有序?qū)蛹壗Y(jié)構(gòu)的核應(yīng)激小體。 研究團(tuán)隊采用酪胺信號放大測序技術(shù)（TSA-Seq）對核應(yīng)激小體鄰近的基因組區(qū)域進(jìn)行標(biāo)記，并檢測了刺激后細(xì)胞的基因表達(dá)變化情況。結(jié)果顯示，在亞砷酸鈉處理后，有46個基因的表達(dá)可能受到核應(yīng)激小體形成的影響（而在熱休克處理后，這一數(shù)字為30個基因），這些基因被命名為SEED-UP基因。通過qPCR檢測進(jìn)一步確認(rèn)，在受到刺激后，這些基因在HeLa細(xì)胞和巨噬細(xì)胞系THP-1細(xì)胞中的表達(dá)均出現(xiàn)上調(diào)；而當(dāng)SatIII RNA被敲降后，核應(yīng)激小體的結(jié)構(gòu)發(fā)生崩解，基因的上調(diào)趨勢也明顯減弱。這些結(jié)果強(qiáng)烈提示，這部分基因的表達(dá)增強(qiáng)極有可能受到核應(yīng)激小體形成的調(diào)控。利用雙色標(biāo)記DNA熒光原位雜交（DNA FISH）以及基因位點的活細(xì)胞標(biāo)記技術(shù)，研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，一些關(guān)鍵基因如NFIL3在核應(yīng)激小體形成后，在空間位置上與其更為接近。同時，NFIL3和GPBP1等SEED-UP基因位點處的染色質(zhì)可及性增強(qiáng)，啟動子區(qū)域更容易與被招募至核應(yīng)激小體處的轉(zhuǎn)錄因子HSF1和BRD4結(jié)合，從而共同促進(jìn)了這些SEED-UP基因的高效轉(zhuǎn)錄。 值得一提的是，NFIL3作為一種轉(zhuǎn)錄因子，能夠有效抑制關(guān)鍵炎癥因子如腫瘤壞死因子α（TNF-α）、白細(xì)胞介素8（IL-8）和白細(xì)胞介素1β（IL-1β）的表達(dá)。研究團(tuán)隊在熱休克和病原體相關(guān)分子模式（PAMPs）刺激的人外周血單核細(xì)胞（PBMCs）來源的巨噬細(xì)胞中觀察到核應(yīng)激小體的形成，與此同時，NFIL3的表達(dá)也顯著增強(qiáng)，使得炎癥因子能夠處于可控的表達(dá)水平。如果干擾核應(yīng)激小體的產(chǎn)生，NFIL3的轉(zhuǎn)錄會減少，下游炎癥因子的水平則會顯著升高，這一結(jié)果進(jìn)一步證實了細(xì)胞核應(yīng)激小體在調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)中所發(fā)揮的關(guān)鍵作用。 膿毒血癥是由感染引發(fā)的全身性炎癥反應(yīng)綜合癥，具有較高的病死率。研究團(tuán)隊在收集的臨床樣本中發(fā)現(xiàn)，膿毒血癥患者體內(nèi)存在不同程度的SatIII RNA表達(dá)以及細(xì)胞核應(yīng)激小體的產(chǎn)生，并且NFIL3的表達(dá)量與SatIII RNA的表達(dá)量以及核應(yīng)激小體的活躍度呈現(xiàn)出正相關(guān)關(guān)系。此外，SatIII RNA表達(dá)水平較高的患者，其生存率也更高。這一發(fā)現(xiàn)提示，細(xì)胞核應(yīng)激小體的形成過程可能參與抑制膿毒血癥患者中炎癥反應(yīng)的過度增強(qiáng)；同時也表明SatIII RNA有可能作為膿毒血癥精準(zhǔn)治療分型的標(biāo)志物，為這類炎癥疾病的治療提供了潛在的靶點。 此項研究工作綜合運用了超高分辨率生物成像、活細(xì)胞成像、多種生化與分子生物學(xué)方法以及臨床樣本分析等多種研究手段，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞核內(nèi)組裝的核應(yīng)激小體能夠調(diào)控急性炎癥反應(yīng)，揭示了靈長類生命體利用產(chǎn)生核應(yīng)激小體來應(yīng)對危機(jī)的精妙策略，為膿毒血癥的診療提供了全新的視角與思路。 分子細(xì)胞卓越中心的博士生劉肖奇、博士后李攀（同時任職于海軍軍醫(yī)大學(xué)第一附屬醫(yī)院，即上海長海醫(yī)院）以及中國科學(xué)院上海營養(yǎng)與健康研究所/復(fù)旦大學(xué)生物醫(yī)學(xué)研究院的博士生高寶青為該論文的共同第一作者，陳玲玲研究員擔(dān)任通訊作者。該項工作得到了復(fù)旦大學(xué)生物醫(yī)學(xué)研究院/復(fù)旦大學(xué)附屬兒科醫(yī)院楊力研究員和西湖大學(xué)于洪濤教授等的大力支持。同時，該項工作獲得了科技部、中國科學(xué)院、上海尚思自然科學(xué)研究院以及新基石科學(xué)基金會的經(jīng)費支持，并得到了分子細(xì)胞卓越中心細(xì)胞分析技術(shù)平臺、分子生物學(xué)技術(shù)平臺以及細(xì)胞庫/干細(xì)胞技術(shù)平臺的幫助與支持。 ? 細(xì)胞核應(yīng)激小體?(nSBs)?的從頭組裝參與調(diào)控急性炎癥反應(yīng) 文章鏈接：https://www.cell.com/cell/abstract/S0092-8674(25)00514-8