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来源：BioArt
应激性是生命的基本特征。响应外界刺激的基因表达调控在细胞水平决定了细胞增殖、分化、迁移和死亡，在器官和生物体水平决定了发育、免疫应答和神经可塑性，其调控异常可能会导致肿瘤。细胞及时响应外界刺激的一个策略是形成转录工厂，即将应答刺激的多个基因和多个RNA聚合酶拉到一起进行高效、协同的转录表达，但是这一过程如何发生和调控尚不清楚。北京大学生物医学前沿创新中心孙育杰团队4月15日在Science Advances杂志上发表题为Nuclear actin regulates inducibletranscription by enhancing RNA polymerase II clustering 的文章，结合高通量转录组测序和超分辨显微成像，阐明nuclear actin促进转录工厂形成，调控可诱导基因（inducible genes）转录的机理。这个机理可能是基因调控快速响应环境刺激的分子基础。
核内肌动蛋白（nuclearactin）通过多种途径调控基因表达：1. nuclear actin存在于染色质重构复合物中【1】；2. nuclear actin与三种RNA聚合酶都有相互作用，影响RNA聚合酶的转录活性【2】；3. nuclear actin调控转录辅助因子MAL的活性【3】；4. nuclear actin通过heterogeneous nuclear ribonucleoproteins与nascenttranscript结合【4】；5. nuclear actin影响长程染色质组织结构和DNA损伤修复【5,6】。尽管有这些研究进展，nuclearactin调控基因表达的机理还不清楚。
研究人员首先通过RNA-seq确定了在血清刺激条件下差异表达的一类基因—血清响应基因，发现nuclear actin对细胞维持以血清响应基因为特征的转录谱不可或缺。然后研究人员用免疫荧光原位杂交（ImmunoFISH）和多色超分辨成像观察到血清刺激下，Pol II clusters在血清响应基因位点上原位形成，进行活跃转录。接着研究人员通过活细胞超分辨成像、时间相关光激活定位显微（time-correlated PALM）分析、超分辨镶嵌（SR-Tesseler）分析，发现和正常条件相比，Pol II clusters在血清刺激下密度更高、更活跃、持续时间更长（图1），而nuclear actin的存在是观察到这种增强型Pol II clusters的必要条件。
核内肌动蛋白（nuclearactin）通过多种途径调控基因表达：1. nuclear actin存在于染色质重构复合物中【1】；2. nuclear actin与三种RNA聚合酶都有相互作用，影响RNA聚合酶的转录活性【2】；3. nuclear actin调控转录辅助因子MAL的活性【3】；4. nuclear actin通过heterogeneous nuclear ribonucleoproteins与nascenttranscript结合【4】；5. nuclear actin影响长程染色质组织结构和DNA损伤修复【5,6】。尽管有这些研究进展，nuclearactin调控基因表达的机理还不清楚。
研究人员首先通过RNA-seq确定了在血清刺激条件下差异表达的一类基因—血清响应基因，发现nuclear actin对细胞维持以血清响应基因为特征的转录谱不可或缺。然后研究人员用免疫荧光原位杂交（ImmunoFISH）和多色超分辨成像观察到血清刺激下，Pol II clusters在血清响应基因位点上原位形成，进行活跃转录。接着研究人员通过活细胞超分辨成像、时间相关光激活定位显微（time-correlated PALM）分析、超分辨镶嵌（SR-Tesseler）分析，发现和正常条件相比，Pol II clusters在血清刺激下密度更高、更活跃、持续时间更长（图1），而nuclear actin的存在是观察到这种增强型Pol II clusters的必要条件。
进一步，研究人员用多色超分辨成像观察到nuclear actin在血清刺激下会与Pol II clusters共定位（图2），暗示nuclear actin可能作为支架促进形成增强型的Pol II clusters。
图1. 活细胞超分辨成像（A），SR-Tesseler分析（B-D），time-correlatedPALM分析（E） 基于N-WASP蛋白和Arp2/3蛋白复合体都与Pol II有相互作用【7, 8】，研究人员通过超分辨成像与分析，发现经典的N-WASP-Arp2/3-actin pathway是形成血清增强型Pol II clusters的必要条件，而nuclear actin可能通过液-液相分离机制促进Pol II clusters的形成。特别重要的是，除了血清刺激，研究人员发现nuclear actin对在干扰素γ刺激下形成增强型Pol II cluster也是不可或缺的，显示出nuclear actin对调节Pol II clusters和响应刺激下的转录过程具有普遍意义。
图2. Nuclear actin在血清刺激下与Pol II clusters共定位 综合上述实验结果，研究人员提出了一个核内肌动蛋白调控转录的模型：核内肌动蛋白作为一个动态支架，通过相分离机制增强转录工厂的形成和维持。同时，这项研究也提出了下一步有待解决的问题。首先，进一步理解核内肌动蛋白如何形成支架、如何与RNA聚合酶共相分离，以此快速形成转录工厂响应不同刺激（血清、干扰素γ），是一个非常有趣的问题。其次，进一步的机理探索在很大程度上将会受益于技术的发展，尤其是发展对核内肌动蛋白进行无假象、高对比度、活细胞成像的技术。
图3. Nuclear actin调控Pol II clusters的模型 魏冕（现为哥伦比亚大学博士生）为文章的第一作者，孙育杰教授为文章的通讯作者，范小英、丁淼、李瑞风、邵世鹏、侯英萍、孟少帅、汤富酬教授、李程教授对此项研究做出了重要贡献。 原文链接：https://advances.sciencemag.org/content/6/16/eaay6515
图1. 活细胞超分辨成像（A），SR-Tesseler分析（B-D），time-correlatedPALM分析（E） 基于N-WASP蛋白和Arp2/3蛋白复合体都与Pol II有相互作用【7, 8】，研究人员通过超分辨成像与分析，发现经典的N-WASP-Arp2/3-actin pathway是形成血清增强型Pol II clusters的必要条件，而nuclear actin可能通过液-液相分离机制促进Pol II clusters的形成。特别重要的是，除了血清刺激，研究人员发现nuclear actin对在干扰素γ刺激下形成增强型Pol II cluster也是不可或缺的，显示出nuclear actin对调节Pol II clusters和响应刺激下的转录过程具有普遍意义。图2. Nuclear actin在血清刺激下与Pol II clusters共定位 综合上述实验结果，研究人员提出了一个核内肌动蛋白调控转录的模型：核内肌动蛋白作为一个动态支架，通过相分离机制增强转录工厂的形成和维持。同时，这项研究也提出了下一步有待解决的问题。首先，进一步理解核内肌动蛋白如何形成支架、如何与RNA聚合酶共相分离，以此快速形成转录工厂响应不同刺激（血清、干扰素γ），是一个非常有趣的问题。其次，进一步的机理探索在很大程度上将会受益于技术的发展，尤其是发展对核内肌动蛋白进行无假象、高对比度、活细胞成像的技术。图3. Nuclear actin调控Pol II clusters的模型 魏冕（现为哥伦比亚大学博士生）为文章的第一作者，孙育杰教授为文章的通讯作者，范小英、丁淼、李瑞风、邵世鹏、侯英萍、孟少帅、汤富酬教授、李程教授对此项研究做出了重要贡献。 原文链接：https://advances.sciencemag.org/content/6/16/eaay6515 参考文献
1. P. Kapoor, X. Shen,Mechanisms of nuclear actin in chromatin-remodeling complexes. Trends Cell Biol. 24, 238-246 (2014).2. P. Percipalle,Co-transcriptional nuclear actin dynamics. Nucleus4, 43-52 (2013).3. M. K. Vartiainen,S. Guettler, B. Larijani, R. Treisman, Nuclear actin regulates dynamicsubcellular localization and activity of the SRF cofactor MAL. Science 316, 1749-1752 (2007).4. P. Percipalle et al., Actin bound to theheterogeneous nuclear ribonucleoprotein hrp36 is associated with Balbiani ringmRNA from the gene to polysomes. J. CellBiol. 153, 229-236 (2001).5. C. H. Chuang et al., Long-range directional movementof an interphase chromosome site. Curr.Biol. 16, 825-831 (2006).6. B. J. Belin, T.Lee, R. D. Mullins, DNA damage induces nuclear actin filament assembly byFormin -2 and Spire-(1/2) that promotes efficient DNA repair. eLife 4, e07735 (2015).7. X. Wu et al., Regulation ofRNA-polymerase-II-dependent transcription by N-WASP and its nuclear-bindingpartners. Nat. Cell Biol. 8, 756-763 (2006).8. Y. Yoo, X. Wu,J.-L. Guan, A novel role of the actin-nucleating Arp2/3 complex in theregulation of RNA polymerase II-dependent transcription. J. Biol. Chem. 282,7616-7623 (2007).来源：BioGossip BioArt
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzA3MzQyNjY1MQ==&mid=2652483481&idx=5&sn=d6282990d97d62873bebc3006a601cb0&chksm=84e23c2db395b53b6236aaa556324227cbe053b0e424115242270685d4346d2f44ea420e9ac6#rd
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