近日，中國科學院分子細胞科學卓越創新中心陳玲玲研究組解析了熱休克等刺激條件下誘導產生的無膜亞結構——核應激小體的精細層級結構和動態組裝過程，并揭示核應激小體通過拉近與基因的三維距離來促進NFIL3等基因轉錄。NFIL3上調會抑制炎癥因子表達，進而參與調控急性炎癥反應，該過程與膿毒血癥患者生存率呈正相關。這一成果揭示了細胞核應激小體具有重要的基因表達調控功能，為膿毒血癥的精準診療提供了新思路。
真核生物細胞核是細胞遺傳與代謝的控制中心，內部高度組織化，形成諸多無膜區室，稱為細胞核亞結構。這些由DNA、RNA和蛋白質組成的細胞核亞結構組成和形態各異，參與基因表達調控，具有重要的生理意義。核應激小體是靈長類動物細胞在應對如亞砷酸鈉、熱休克等不同理化刺激時形成的特有的細胞核亞結構，由微衛星重復序列Satellite III?(SatIII) DNA、SatIII?RNA和多種蛋白質組成。多年來，圍繞核應激小體的研究揭示其能夠通過滯留相關剪接因子參與調控RNA的選擇性剪接。然而，重復性SatIII?RNA序列的轉錄程度、核應激小體的精細結構和組裝機理以及其是否具有生理病理學功能仍不清楚。
該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錄組測序，發現組成型沉默的SatIII?DNA在全基因組15個染色體上廣泛轉錄表達，其中9號染色體q12區域表達豐度最高。進一步，研究組利用實驗室前期開發的活細胞DNA和RNA成像工具，實現了對活細胞中SatIII?DNA和SatIII?RNA的實時標記。研究發現，在兩種刺激條件下，9號染色體SatIII異染色質區域體積顯著擴張到刺激前的2倍左右，異染色質狀態逐漸開放。同時，熱休克轉錄因子HSF1迅速結合該區域并轉錄出SatIII非編碼RNA，在100分鐘后形成初始核應激小體。同時，SatIII?RNA招募更多的HSF1、轉錄調控因子BRD4以及RNA轉運/剪接因子等30余個蛋白質，組裝成高度有序、具有層級結構的核應激小體。
該研究組采用酪胺信號放大測序技術標記核應激小體鄰近的基因組區域，并檢測刺激后細胞的基因表達變化，發現亞砷酸鈉處理后有46個基因的表達可能受到核應激小體形成的影響。它們被稱為SEED-UP基因。qPCR檢測確認，在刺激后，這些基因在HeLa細胞和巨噬細胞系THP-1細胞中表達上調；而SatIII?RNA敲降后，核應激小體結構崩解，基因的上調趨勢也明顯減弱。研究提示，這部分基因表達增強可能受核應激小體形成的調控。研究利用雙色標記DNA熒光原位雜交及基因位點的活細胞標記發現，一些關鍵基因如NFIL3在核應激小體形成后，在空間上與其靠近。同時，NFIL3和GPBP1等SEED-UP基因位點處染色質可及性增強，啟動子區域更易與招募至核應激小體處的轉錄因子HSF1和BRD4結合，共同促進這些SEED-UP基因的高效轉錄。
NFIL3是轉錄因子，抑制關鍵炎癥因子如腫瘤壞死因子α、白細胞介素8和白細胞介素1β的表達。研究組在熱休克和病原體相關分子模式刺激的人外周血單核細胞來源的巨噬細胞中觀察到核應激小體形成，同時NFIL3的表達顯著增強，使炎癥因子可控表達。如果干擾核應激小體產生，NFIL3轉錄減少，下游炎癥因子水平顯著升高，證實了細胞核應激小體在調節炎癥反應中的關鍵作用。
膿毒血癥是由感染引發的全身性炎癥反應綜合癥，病死率高。研究組在收集的臨床樣本中發現，膿毒血癥患者體內有不同程度的SatIII?RNA表達和細胞核應激小體產生，且NFIL3與SatIII?RNA表達量和核應激小體活躍度呈正相關。此外，SatIII?RNA表達高的患者生存率更高，提示細胞核應激小體形成過程可能參與抑制膿毒血癥患者中炎癥反應的過度增強，并表明SatIII?RNA可作為膿毒血癥精準治療分型標志物，有望為此類炎癥疾病治療提供潛在靶點。
上述研究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方法以及臨床樣本等研究手段，發現細胞核內組裝的核應激小體能夠調控急性炎癥反應，揭示靈長類生命體利用產生核應激小體來應對危機的精妙策略，為膿毒血癥診療提供了全新視角。
5月27日，相關研究成果發表在《細胞》（Cell）上。研究工作得到科學技術部和中國科學院等的支持。
論文鏈接
細胞核應激小體的從頭組裝參與調控急性炎癥反應
本文鏈接：研究發現細胞內核應激小體動態組裝參與調控急性炎癥反應http://m.sq15.cn/show-12-1183-0.html
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