責編 | 酶美
應激性是生命的基本特徵。響應外界刺激的基因表達調控在細胞水平決定了細胞增殖、分化、遷移和死亡，在器官和生物體水平決定了發育、免疫應答和神經可塑性，其調控異常可能會導致腫瘤。細胞及時響應外界刺激的一個策略是形成轉錄工廠，即將應答刺激的多個基因和多個RNA聚合酶拉到一起進行高效、協同的轉錄表達，但是這一過程如何發生和調控尚不清楚。
北京大學生物醫學前沿創新中心孫育傑團隊4月15日在Science Advances雜誌上發表題為Nuclear actin regulates inducibletranscription by enhancing RNA polymerase II clustering 的文章，結合高通量轉錄組測序和超分辨顯微成像，闡明nuclear actin促進轉錄工廠形成，調控可誘導基因（inducible genes）轉錄的機理。這個機理可能是基因調控快速響應環境刺激的分子基礎。
核內肌動蛋白（nuclearactin）通過多種途徑調控基因表達：1. nuclear actin存在於染色質重構複合物中【1】；2. nuclear actin與三種RNA聚合酶都有相互作用，影響RNA聚合酶的轉錄活性【2】；3. nuclear actin調控轉錄輔助因子MAL的活性【3】；4. nuclear actin通過heterogeneous nuclear ribonucleoproteins與nascenttranscript結合【4】；5. nuclear actin影響長程染色質組織結構和DNA損傷修復【5,6】。儘管有這些研究進展，nuclearactin調控基因表達的機理還不清楚。
研究人員首先通過RNA-seq確定了在血清刺激條件下差異表達的一類基因—血清響應基因，發現nuclear actin對細胞維持以血清響應基因為特徵的轉錄譜不可或缺。然後研究人員用免疫熒光原位雜交（ImmunoFISH）和多色超分辨成像觀察到血清刺激下，Pol II clusters在血清響應基因位點上原位形成，進行活躍轉錄。接著研究人員通過活細胞超分辨成像、時間相關光激活定位顯微（time-correlated PALM）分析、超分辨鑲嵌（SR-Tesseler）分析，發現和正常條件相比，Pol II clusters在血清刺激下密度更高、更活躍、持續時間更長
（圖1），而nuclear actin的存在是觀察到這種增強型Pol II clusters的必要條件。進一步，研究人員用多色超分辨成像觀察到nuclear actin在血清刺激下會與Pol II clusters共定位（圖2），暗示nuclear actin可能作為支架促進形成增強型的Pol II clusters。 圖1. 活細胞超分辨成像（A），SR-Tesseler分析（B-D），time-correlatedPALM分析（E）
基於N-WASP蛋白和Arp2/3蛋白複合體都與Pol II有相互作用【7, 8】，研究人員通過超分辨成像與分析，發現經典的N-WASP-Arp2/3-actin pathway是形成血清增強型Pol II clusters的必要條件，而nuclear actin可能通過液-液相分離機制促進Pol II clusters的形成。特別重要的是，除了血清刺激，研究人員發現nuclear actin對在干擾素γ刺激下形成增強型Pol II cluster也是不可或缺的，顯示出nuclear actin對調節Pol II clusters和響應刺激下的轉錄過程具有普遍意義。
圖2. Nuclear actin在血清刺激下與Pol II clusters共定位
綜合上述實驗結果，研究人員提出了一個核內肌動蛋白調控轉錄的模型：核內肌動蛋白作為一個動態支架，通過相分離機制增強轉錄工廠的形成和維持。同時，這項研究也提出了下一步有待解決的問題。首先，進一步理解核內肌動蛋白如何形成支架、如何與RNA聚合酶共相分離，以此快速形成轉錄工廠響應不同刺激（血清、干擾素γ），是一個非常有趣的問題。其次，進一步的機理探索在很大程度上將會受益於技術的發展，尤其是發展對核內肌動蛋白進行無假象、高對比度、活細胞成像的技術。
圖3. Nuclear actin調控Pol II clusters的模型
魏冕（現為哥倫比亞大學博士生）為文章的第一作者，孫育傑教授為文章的通訊作者，範小英、丁淼、李瑞風、邵世鵬、侯英萍、孟少帥、湯富酬教授、李程教授對此項研究做出了重要貢獻。
原文鏈接：https://advances.sciencemag.org/content/6/16/eaay6515
製版人：小嫻子
參考文獻
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