精彩回顾 | 西湖-Science系列研讨会第②期：生物分子凝聚体

2023年1月18日，西湖实验室、西湖大学-《科学》杂志/美国科学促进会 (Science/AAAS)联合线上研讨会第二期顺利举行，主题为“生物分子凝聚体”（Biomolecular condensates）。

本期邀请了三位来自生物分子凝聚体研究领域的国内外顶尖学者，分别是来自马克斯·普朗克分子细胞生物学与遗传学研究所的Anthony Hyman博士，美国北卡罗来纳大学教堂山分校的Amy Susanne Gladfelter博士，中国科学院生物物理研究所的张宏博士，分享了他们对液-液相分离是如何在细胞内被有序调控并发挥功能的最新见解。

西湖大学生命科学学院特聘研究员杨培国博士和《科学》杂志/美国科学促进会主编Stella Hurtley博士共同主持本次研讨会。

资深编辑Stella Hurtley博士和主持人杨培国博士

研讨会采用线上直播的形式，让全球的思想碰撞毫无阻碍，与会者来自海内外高校、医院、科研机构、药企等单位，累计超过11000人次观看本次直播。

第一位进行报告的是细胞液-液相分离领域的重要先驱之一 Anthony Hyman博士。2009年，他所领导的研究小组以线虫生殖细胞中的P颗粒（P granule）为研究对象，首次发现这种在胚胎分裂过程中迅速聚集起来的点状结构具有典型的液体特征。这一里程碑式的发现将“相变”这一经典化学物理学概念引入了细胞生物学，开启了人们认识细胞内部区室化结构的全新时代。

在报告中，Hyman博士从最基本的热力学概念出发，系统性地介绍了液-液相分离的典型特性，并以线虫胚胎发育过程为例，展示了微小的温度变化是如何通过相分离性质调控P颗粒的不对称分布的。随后，Hyman博士提出了未来领域发展的三个问题：（1）是否可以在非平衡态的细胞中应用平衡物理学的概念？（2）细胞掌控凝聚状态发生与否的生物化学基础是什么？（3）细胞如何恰当准确地维持凝聚体的大小？

在报告的结尾，Hyman博士还强调了定量研究手段在理解液-液相分离特征时的重要意义。Hyman博士的报告提纲挈领，值得每一位想进入领域和已经在领域内的研究者细细思考。

Anthony Hyman博士做报告

来自美国北卡罗莱纳大学教堂山分校的Amy Gladfelter博士报告的主题是RNA与凝聚体的组装。不同的凝聚体具有各自独特的物质特性，有的是高度动态的液体，有的则是流动性较慢的胶体甚至固体，这些不同的物质特性由哪些因素决定，Gladfelter博士从RNA的构象出发给出了她的观点。

Gladfelter博士以一种名为棉阿舒囊霉（Ashbya）的真菌为对象，从其野生型CLN3 RNA序列出发，利用计算机虚拟定向演化技术（in silico directed evolution），合成了一系列突变体RNA文库，文库中的RNA保留了与野生型CLN3 RNA相同的蛋白结合位点，并具有完全相同的分子质量和核苷酸组分，但在高级结构上则与野生型转录本不同。有趣的是，这些RNA在与其结合蛋白Whi3相互作用时所形成的凝聚体在大小、形态上表现出了明显的差异。同时，RNA高级结构的多少强烈地改变了蛋白和核酸组分在凝聚体内外的分配系数（partition coefficient）。

此外，利用光镊技术，他们发现稳定结构较多的RNA所诱导形成的Whi3凝聚体，相互之间融合的速率明显下降，提示凝聚体的物质特性发生了变化。更有趣的是，从不同气候条件下分离出的真菌细胞，其所表达的CLN3 RNA结构也随温度有着明显差异：在从寒冷的威斯康星州所分离的菌株中，CLN3往往含有更多的高级结构；而在温暖的佛罗里达，真菌CLN3的高级结构则普遍偏少。这提示了对于真菌来说，不同物质特性的Whi3-CLN3凝聚体可能对于真菌在不同温度环境下的生存适应性具有重要意义。

Amy Susanne Gladfelter博士做报告

来自中国科学院生物物理研究所的张宏研究员介绍了液-液相分离调控细胞自噬的最新进展。自噬小体的产生始于一种名为隔离膜（IM）的开放式膜结构。而这一结构则产生自内质网，IM在延伸过程中也和内质网存在接触位点。从分子水平来看，参与自噬起始的FIP200复合物会在内质网上形成凝聚体介导自噬流的产生。但究竟是何种信号触发了FIP200在内质网上的相分离，却一直困扰着领域内的学者。

张宏研究小组发现，使用钙离子快速螯合剂BAPTA-AM可以抑制饥饿诱导的FIP200聚集，而慢速钙离子螯合剂EGTA-AM则无法阻断这一过程，表明FIP200聚集的产生可能依赖的是某种局部快速的钙离子信号变化。进一步地，当下调内质网特异性的钙离子通道蛋白IP3R2/3的表达时，自噬体的起始也受到了抑制。为了进一步测量内质网上的钙离子浓度变化，张宏小组设计表达了内质网跨膜结构域CYB5与快速钙离子探针GCaMP6f的融合蛋白（GCaMP6f-CYB5），证实在饥饿或Torin1处理条件下，BAPTA-AM的确阻断了内质网外侧表面的钙瞬变。

进一步的研究发现，敲除内质网跨膜蛋白EI24可以引起持续性钙瞬变，这种持续性钙瞬变足以引起一类非封闭的自噬体结构在细胞内的累积。为了进一步证实内质网膜钙瞬变是引起FIP200聚集的直接信号，张宏小组在EI24 KO细胞中利用化学抑制剂RCI处理或遗传学敲降IP3R2以降低钙瞬变，结果发现FIP200聚集的形成又受到了明显抑制。这一发现填补了人们对于自噬起始关键信号认识的空白，为进一步理解细胞自噬的分子机理提供了重要基础。

Hong Zhang博士做报告

作为研讨会的最后环节，在三位专家报告结束后，主持人和专家们又进行了一系列头脑风暴式的自由讨论，提出了很多有趣的见解。

嘉宾及主持人圆桌讨论

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文章来源 / 杨培国实验室

编辑 / 张玉璇

校对 / 朱逸青

审核 / 李凯娜