撰文 | YQ

圖片引自：https://www.the-scientist.com/features/these-organelles-have-no-membranes-65090

真核生物轉錄起始過程受到精細複雜的調控，需要多種蛋白因子的協助。轉錄因子能與基因5`端上游特定序列結合，從而保證目的基因的精細調控。根據轉錄因子的作用可分為普遍轉錄因子以及特異性轉錄因子。轉錄因子對於基因表達調控的研究已經歷經多年，對相關的分子機制，調控過程的瞭解已經非常深入。但是對於在空間上這些如此複雜的調控因子是如何被有序組織，協調仍不明確。

通常我們所說的轉錄因子 (Transcription Factors, TFs) 一般是指第二類能夠以序列特異性方式結合DNA並且調節轉錄的蛋白質。轉錄因子一般都包含一個穩定的DNA結合結構域能夠與特異的DNA片段結合，從而促進相關的特異性的基因的表達。另外，大多數的轉錄因子還有一段啟用結構域，該結構域通常有無序區構成，參與了與其他蛋白質調控因子的結合，對轉錄調控過程具有重要作用。

自Hyman和 Brangwynne 2009年在Science發表了題為：Germline P granules are liquid droplets that localize by controlled dissolution/condensation 的文章提出了細胞內透過“相分離”形成液滴狀結構，將特定的分子聚集在特定的空間內，完成相應的生物化學反應過程以來，相分離相關的文章在解釋核仁結構，細胞訊號轉導，神經退行性疾病等方面取得了巨大的進展。

近日，來自German Cancer Research Center (DKFZ) and Bioquant 的Karsten Rippe 課題組在預印本bioRxiv上post了題為Transcription activation is enhanced by multivalent interactions independent of liquid-liquid phase separation 的文章，文章認為轉錄的啟用依賴於轉錄因子的多價的相互作用，並不依賴於相分離的發生。

作者將轉錄因子分開為DNA結合結構域（DNA Binding Domain，DBD）以及轉錄啟用結構域（Activation Domain，AD），使用了三種不同的方式來模擬DBD：1. rTetR, 2. LacI, 3. dCas9， 另外AD應用了 STAT2，VP16, Rta以及VPR等。兩個結構域之間連線在一起的方法作者也應用了直接融合表達、透過PP7 RNA loop以及 Light induced PHR-AD以及DBD-CIBN heterodimer 形成的方式。作者在後續應用較多的是光誘導的結合方式。另外作者應用了lacO and tetO 原件所構建的報告系統，檢測細胞在人工構建的轉錄因子的轉錄啟用活性。如下圖所示：

作者分別應用了STAT2，VP16, Rta以及VPR 作為AD，作者首先在細胞內檢測了這幾個AD的相分離發生的能力，作者發現這幾個AD的相分離能力，從STAT2，VP16, Rta到VPR依次增強。同時，作者透過lacO and tetO 原件所構建的報告系統檢測了這幾個AD的轉錄啟用能力，作者發現AD的轉錄啟用能力隨著其相分離能力的增強也依次增強。也就是說，這些AD結構的相分離發生能力與其轉錄啟用能力呈正相關。似乎這個結果能夠說明相分離確實是受到轉錄因子相分離能力的調控。

作者進一步地對比了同一個AD在發生相分離的細胞以及未發生相分離的細胞中的轉錄啟用能力進行了比較，驚訝地發現，這兩種細胞中的RNA產生並無顯著差異，AD發生相分離後的細胞的RNA生成能力還有一定的減弱，說明相分離的發生對轉錄過程的啟用並無幫助，或許還有一定的抑制作用。作者對前面的提到的幾個AD都進行了相應的實驗，發現了類似的現象。

另外，為了進一步說明對於一個特定的AD，其轉錄啟用能力與其是否發生相分離有關，作者透過三種方式增強AD的相分離能力：1. 共轉CIBN-LacI，透過LacI 介導的二聚體或者四聚體的形成增加PHR-AD的相互作用，增加其相分離能力，2. 表達GBP，3. 融合FUS-N端序列增強其相分離能力。如下圖所示：

作者對檢測了上述的方法對相分離是否具有增強作用，作者發現上述的3中方法做相分離的形成都具有較強的增強作用，同時作何應用上文提到的報告系統對上述增強相分離的系統與原來系統的轉錄啟用能力進行了檢測，作者發現除了融合Fus-N 的方法外，其他增強相分離能力的方法均不能增強AD的轉錄啟用能力。

作者透過上述實驗以及後續的一些其他的實驗驗證，說明AD的多價相互作用對於轉錄啟用具有促進作用，但是是否發生相分離對於該啟用作用並無顯著促進作用，甚至還有部分抑制作用。但是作者的實驗全部是基於上述的合成的DBD以及AD以及基於光啟用的相分離系統，並沒有內源的轉錄因子，以及真正的細胞核內的轉錄因子結合位點的相關的實驗資料。而且作者檢測的相分離並不是發生在lacO and tetO 原件所構建的報告系統處，而是細胞核內的相分離，因此可能存在一定的偏差。即該文章目前還不能非常強有力地說明轉錄的啟用與相分離無關，還需要進一步地更為深入的研究。

原文連結：

https://doi.org/10.1101/2021.01.27.428421

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