5月27日，國際學(xué)術(shù)期刊?Cell在線發(fā)表了中國科學(xué)院分子細胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心（生物化學(xué)與細胞生物學(xué)研究所）陳玲玲研究組的最新研究成果：“De novo assembly of nuclear stress bodies rearranges and enhances NFIL3 to restrain acute inflammatory responses”。該研究解析了熱休克等刺激條件下誘導(dǎo)產(chǎn)生的無膜亞結(jié)構(gòu)—核應(yīng)激小體（nuclear stress bodies，nSBs）的精細層級結(jié)構(gòu)和動態(tài)組裝過程，并揭示其通過拉近與基因的三維距離，促進NFIL3等基因轉(zhuǎn)錄。NFIL3上調(diào)會抑制炎癥因子的表達，從而參與調(diào)控急性炎癥反應(yīng)，該過程與膿毒血癥患者生存率呈正相關(guān)。該成果揭示了細胞核應(yīng)激小體具有重要的基因表達調(diào)控功能，并為膿毒血癥的精準(zhǔn)診療提供了新思路。
真核生物細胞核是細胞遺傳與代謝的控制中心，內(nèi)部高度組織化，形成了諸多無膜區(qū)室，稱為細胞核亞結(jié)構(gòu)。這些由DNA、RNA和蛋白質(zhì)組成的細胞核亞結(jié)構(gòu)組成和形態(tài)各異，參與基因表達調(diào)控并具有重要的生理意義。核應(yīng)激小體是靈長類動物細胞在應(yīng)對諸如亞砷酸鈉（SA）、熱休克（HS）等不同理化刺激時形成的一種特有的細胞核亞結(jié)構(gòu)，由微衛(wèi)星重復(fù)序列Satellite III (SatIII) DNA，SatIII RNA和多種蛋白質(zhì)組成。多年來圍繞核應(yīng)激小體的研究主要揭示其能夠通過滯留相關(guān)剪接因子參與調(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)激小體的精細結(jié)構(gòu)和組裝機理、以及其是否具有生理病理學(xué)功能仍不清楚。
在本研究中，研究組對亞砷酸鈉或熱休克刺激后的HeLa細胞進行了三代全長轉(zhuǎn)錄組測序（Long-read RNA-seq），發(fā)現(xiàn)組成型沉默的SatIII DNA在全基因組15個染色體上廣泛轉(zhuǎn)錄表達，其中以9號染色體q12區(qū)域（9q12）表達豐度最高。隨后，研究組利用實驗室前期開發(fā)的活細胞DNA和RNA成像工具（Mol Cell, 2019；Cell Insight, 2022; Nat Methods, 2024）實現(xiàn)了對于活細胞中SatIII DNA和SatIII RNA的實時標(biāo)記。研究發(fā)現(xiàn)，在兩種刺激條件下，9號染色體SatIII異染色質(zhì)區(qū)域體積顯著擴張到刺激前的2倍左右，異染色質(zhì)狀態(tài)逐漸開放。同時，熱休克轉(zhuǎn)錄因子HSF1迅速結(jié)合該區(qū)域并轉(zhuǎn)錄出SatIII非編碼RNA，在100分鐘后形成初始核應(yīng)激小體。同時SatIII RNA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余個蛋白質(zhì)，組裝成高度有序，具有層級結(jié)構(gòu)的核應(yīng)激小體。
采用酪胺信號放大測序技術(shù)（TSA-Seq）標(biāo)記核應(yīng)激小體鄰近的基因組區(qū)域，并檢測刺激后細胞的基因表達變化，研究組發(fā)現(xiàn)亞砷酸鈉處理后有46個基因的表達可能受到核應(yīng)激小體形成的影響（熱休克處理后有30個基因），稱為SEED-UP基因。qPCR檢測確認刺激后這些基因在HeLa細胞和巨噬細胞系THP-1細胞中表達上調(diào)；而SatIII RNA 敲降后，核應(yīng)激小體結(jié)構(gòu)崩解，基因的上調(diào)趨勢也明顯減弱。這些結(jié)果提示這部分基因的表達增強很有可能受核應(yīng)激小體的形成調(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胞標(biāo)記發(fā)現(xiàn)，一些關(guān)鍵基因如NFIL3在核應(yīng)激小體形成后，在空間上與其靠近。同時NFIL3和GPBP1等SEED-UP基因位點處染色質(zhì)可及性增強，啟動子區(qū)域更易與招募至核應(yīng)激小體處的轉(zhuǎn)錄因子HSF1和BRD4結(jié)合，共同促進這些SEED-UP基因的高效轉(zhuǎn)錄。
值得一提的是，NFIL3是轉(zhuǎn)錄因子，抑制關(guān)鍵炎癥因子如腫瘤壞死因子α（TNF-α）、白細胞介素8（IL-8）和白細胞介素1β（IL-1β）的表達。研究組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胞（PBMCs）來源的巨噬細胞中觀察到核應(yīng)激小體的形成，同時NFIL3的表達顯著增強，使炎癥因子可控表達。如果干擾核應(yīng)激小體的產(chǎn)生，NFIL3轉(zhuǎn)錄減少，下游炎癥因子水平顯著升高，證實了細胞核應(yīng)激小體在調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)中的關(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，病死率高。研究組在收集的臨床樣本中發(fā)現(xiàn)，膿毒血癥患者體內(nèi)有不同程度的SatIII RNA表達和細胞核應(yīng)激小體產(chǎn)生，且NFIL3與SatIII RNA表達量和核應(yīng)激小體活躍度呈正相關(guān)。此外，SatIII RNA表達高的患者生存率更高，提示細胞核應(yīng)激小體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；同時也提示SatIII RNA可以作為膿毒血癥精準(zhǔn)治療分型標(biāo)志物，也為此類炎癥疾病治療帶來潛在靶點。
此項研究工作利用超高分辨率生物成像、活細胞成像、多種生化與分子生物學(xué)方法、以及臨床樣本等多種研究手段，發(fā)現(xiàn)細胞核內(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)對危機的精妙策略，也為膿毒血癥診療提供了全新視角。
分子細胞卓越中心博士生劉肖奇，分子細胞卓越中心博士后及海軍軍醫(yī)大學(xué)第一附屬醫(yī)院（上海長海醫(yī)院）李攀副教授，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)研究院博士生高寶青為該論文的共同第一作者，陳玲玲研究員為通訊作者。該項工作得到復(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。該項工作獲得科技部、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，并得到分子細胞卓越中心細胞分析技術(shù)平臺，分子生物學(xué)技術(shù)平臺和細胞庫/干細胞技術(shù)平臺的幫助和支持。
細胞核應(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
