研究發(fā)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)核應(yīng)激小體動(dòng)態(tài)組裝參與調(diào)控急性炎癥反應(yīng)----中國科學(xué)院

加快打造原始創(chuàng)新策源地，加快突破關(guān)鍵核心技術(shù)，努力搶占科技制高點(diǎn)，為把我國建設(shè)成為世界科技強(qiáng)國作出新的更大的貢獻(xiàn)。

——習(xí)近平總書記在致中國科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場(chǎng)、面向國家重大需求、面向人民生命健康，率先實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)跨越發(fā)展，率先建成國家創(chuàng)新人才高地，率先建成國家高水平科技智庫，率先建設(shè)國際一流科研機(jī)構(gòu)。

——中國科學(xué)院辦院方針

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研究發(fā)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)核應(yīng)激小體動(dòng)態(tài)組裝參與調(diào)控急性炎癥反應(yīng)

2025-05-28 分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心

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真核生物細(xì)胞核是細(xì)胞遺傳與代謝的控制中心，內(nèi)部高度組織化，形成諸多無膜區(qū)室，稱為細(xì)胞核亞結(jié)構(gòu)。這些由DNA、RNA和蛋白質(zhì)組成的細(xì)胞核亞結(jié)構(gòu)組成和形態(tài)各異，參與基因表達(dá)調(diào)控，具有重要的生理意義。核應(yīng)激小體是靈長類動(dòng)物細(xì)胞在應(yīng)對(duì)如亞砷酸鈉、熱休克等不同理化刺激時(shí)形成的特有的細(xì)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(xì)結(jié)構(gòu)和組裝機(jī)理以及其是否具有生理病理學(xué)功能仍不清楚。

該研究組對(duì)亞砷酸鈉或熱休克刺激后的HeLa細(xì)胞進(jìn)行了三代全長轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，發(fā)現(xiàn)組成型沉默的SatIII?DNA在全基因組15個(gè)染色體上廣泛轉(zhuǎn)錄表達(dá)，其中9號(hào)染色體q12區(qū)域表達(dá)豐度最高。進(jìn)一步，研究組利用實(shí)驗(yàn)室前期開發(fā)的活細(xì)胞DNA和RNA成像工具，實(shí)現(xiàn)了對(duì)活細(xì)胞中SatIII?DNA和SatIII?RNA的實(shí)時(shí)標(biāo)記。研究發(fā)現(xiàn)，在兩種刺激條件下，9號(hào)染色體SatIII異染色質(zhì)區(qū)域體積顯著擴(kuò)張到刺激前的2倍左右，異染色質(zhì)狀態(tài)逐漸開放。同時(shí)，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(shí)，SatIII?RNA招募更多的HSF1、轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子BRD4以及RNA轉(zhuǎn)運(yùn)/剪接因子等30余個(gè)蛋白質(zhì)，組裝成高度有序、具有層級(jí)結(jié)構(gòu)的核應(yīng)激小體。

該研究組采用酪胺信號(hào)放大測(cè)序技術(shù)標(biāo)記核應(yīng)激小體鄰近的基因組區(qū)域，并檢測(cè)刺激后細(xì)胞的基因表達(dá)變化，發(fā)現(xiàn)亞砷酸鈉處理后有46個(gè)基因的表達(dá)可能受到核應(yīng)激小體形成的影響。它們被稱為SEED-UP基因。qPCR檢測(cè)確認(rèn)，在刺激后，這些基因在HeLa細(xì)胞和巨噬細(xì)胞系THP-1細(xì)胞中表達(dá)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(shì)也明顯減弱。研究提示，這部分基因表達(dá)增強(qiáng)可能受核應(yīng)激小體形成的調(diào)控。研究利用雙色標(biāo)記DNA熒光原位雜交及基因位點(diǎn)的活細(xì)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(shí)，NFIL3和GPBP1等SEED-UP基因位點(diǎn)處染色質(zhì)可及性增強(qiáng)，啟動(dòng)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(jìn)這些SEED-UP基因的高效轉(zhuǎn)錄。

NFIL3是轉(zhuǎn)錄因子，抑制關(guān)鍵炎癥因子如腫瘤壞死因子α、白細(xì)胞介素8和白細(xì)胞介素1β的表達(dá)。研究組在熱休克和病原體相關(guān)分子模式刺激的人外周血單核細(xì)胞來源的巨噬細(xì)胞中觀察到核應(yīng)激小體形成，同時(shí)NFIL3的表達(dá)顯著增強(qiáng)，使炎癥因子可控表達(dá)。如果干擾核應(yīng)激小體產(chǎn)生，NFIL3轉(zhuǎn)錄減少，下游炎癥因子水平顯著升高，證實(shí)了細(xì)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(dá)和細(xì)胞核應(yīng)激小體產(chǎn)生，且NFIL3與SatIII?RNA表達(dá)量和核應(yīng)激小體活躍度呈正相關(guān)。此外，SatIII?RNA表達(dá)高的患者生存率更高，提示細(xì)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(qiáng)，并表明SatIII?RNA可作為膿毒血癥精準(zhǔn)治療分型標(biāo)志物，有望為此類炎癥疾病治療提供潛在靶點(diǎn)。

上述研究利用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)方法以及臨床樣本等研究手段，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)，揭示靈長類生命體利用產(chǎn)生核應(yīng)激小體來應(yīng)對(duì)危機(jī)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(guān)研究成果發(fā)表在《細(xì)胞》（Cell）上。研究工作得到科學(xué)技術(shù)部和中國科學(xué)院等的支持。

論文鏈接

細(xì)胞核應(yīng)激小體的從頭組裝參與調(diào)控急性炎癥反應(yīng)

近日，中國科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心陳玲玲研究組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)激小體的精細(xì)層級(jí)結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)組裝過程，并揭示核應(yīng)激小體通過拉近與基因的三維距離來促進(jìn)NFIL3等基因轉(zhuǎn)錄。NFIL3上調(diào)會(huì)抑制炎癥因子表達(dá)，進(jìn)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)。這一成果揭示了細(xì)胞核應(yīng)激小體具有重要的基因表達(dá)調(diào)控功能，為膿毒血癥的精準(zhǔn)診療提供了新思路。真核生物細(xì)胞核是細(xì)胞遺傳與代謝的控制中心，內(nèi)部高度組織化，形成諸多無膜區(qū)室，稱為細(xì)胞核亞結(jié)構(gòu)。這些由DNA、RNA和蛋白質(zhì)組成的細(xì)胞核亞結(jié)構(gòu)組成和形態(tài)各異，參與基因表達(dá)調(diào)控，具有重要的生理意義。核應(yīng)激小體是靈長類動(dòng)物細(xì)胞在應(yīng)對(duì)如亞砷酸鈉、熱休克等不同理化刺激時(shí)形成的特有的細(xì)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(xì)結(jié)構(gòu)和組裝機(jī)理以及其是否具有生理病理學(xué)功能仍不清楚。該研究組對(duì)亞砷酸鈉或熱休克刺激后的HeLa細(xì)胞進(jìn)行了三代全長轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，發(fā)現(xiàn)組成型沉默的SatIII?DNA在全基因組15個(gè)染色體上廣泛轉(zhuǎn)錄表達(dá)，其中9號(hào)染色體q12區(qū)域表達(dá)豐度最高。進(jìn)一步，研究組利用實(shí)驗(yàn)室前期開發(fā)的活細(xì)胞DNA和RNA成像工具，實(shí)現(xiàn)了對(duì)活細(xì)胞中SatIII?DNA和SatIII?RNA的實(shí)時(shí)標(biāo)記。研究發(fā)現(xiàn)，在兩種刺激條件下，9號(hào)染色體SatIII異染色質(zhì)區(qū)域體積顯著擴(kuò)張到刺激前的2倍左右，異染色質(zhì)狀態(tài)逐漸開放。同時(shí)，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(shí)，SatIII?RNA招募更多的HSF1、轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子BRD4以及RNA轉(zhuǎn)運(yùn)/剪接因子等30余個(gè)蛋白質(zhì)，組裝成高度有序、具有層級(jí)結(jié)構(gòu)的核應(yīng)激小體。該研究組采用酪胺信號(hào)放大測(cè)序技術(shù)標(biāo)記核應(yīng)激小體鄰近的基因組區(qū)域，并檢測(cè)刺激后細(xì)胞的基因表達(dá)變化，發(fā)現(xiàn)亞砷酸鈉處理后有46個(gè)基因的表達(dá)可能受到核應(yīng)激小體形成的影響。它們被稱為SEED-UP基因。qPCR檢測(cè)確認(rèn)，在刺激后，這些基因在HeLa細(xì)胞和巨噬細(xì)胞系THP-1細(xì)胞中表達(dá)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(shì)也明顯減弱。研究提示，這部分基因表達(dá)增強(qiáng)可能受核應(yīng)激小體形成的調(diào)控。研究利用雙色標(biāo)記DNA熒光原位雜交及基因位點(diǎn)的活細(xì)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(shí)，NFIL3和GPBP1等SEED-UP基因位點(diǎn)處染色質(zhì)可及性增強(qiáng)，啟動(dòng)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(jìn)這些SEED-UP基因的高效轉(zhuǎn)錄。NFIL3是轉(zhuǎn)錄因子，抑制關(guān)鍵炎癥因子如腫瘤壞死因子α、白細(xì)胞介素8和白細(xì)胞介素1β的表達(dá)。研究組在熱休克和病原體相關(guān)分子模式刺激的人外周血單核細(xì)胞來源的巨噬細(xì)胞中觀察到核應(yīng)激小體形成，同時(shí)NFIL3的表達(dá)顯著增強(qiáng)，使炎癥因子可控表達(dá)。如果干擾核應(yīng)激小體產(chǎn)生，NFIL3轉(zhuǎn)錄減少，下游炎癥因子水平顯著升高，證實(shí)了細(xì)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(dá)和細(xì)胞核應(yīng)激小體產(chǎn)生，且NFIL3與SatIII?RNA表達(dá)量和核應(yīng)激小體活躍度呈正相關(guān)。此外，SatIII?RNA表達(dá)高的患者生存率更高，提示細(xì)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(qiáng)，并表明SatIII?RNA可作為膿毒血癥精準(zhǔn)治療分型標(biāo)志物，有望為此類炎癥疾病治療提供潛在靶點(diǎn)。上述研究利用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)方法以及臨床樣本等研究手段，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)，揭示靈長類生命體利用產(chǎn)生核應(yīng)激小體來應(yīng)對(duì)危機(jī)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(guān)研究成果發(fā)表在《細(xì)胞》（Cell）上。研究工作得到科學(xué)技術(shù)部和中國科學(xué)院等的支持。論文鏈接細(xì)胞核應(yīng)激小體的從頭組裝參與調(diào)控急性炎癥反應(yīng)

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