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【科技前沿】张宏、张明杰、朱学良等多位专家

  《中国科学》杂志社主要负责编辑出版发行《中国科学》系列和《科学通报》中英文版,共17种学术期刊,均由中国科学院和国家自然科学基金委员会共同主办,旨在中国科学发展,促进国际学术交流。

  该综述由中科院生物物理研究所张宏研究员、科技大学张明杰院士牵头组织,邀请中科院上海生物化学与细胞生物学研究所朱学良研究员、大学李丕龙研究员、大学季雄研究员、中科院上海有机化学研究所刘聪研究员、中科院生物物理所娄继忠研究员、复旦大学温文玉研究员等专家共同撰写完成。

  生物大(蛋白质和RNA)的液-液相分离(Liquid-liquid phase separation, LLPS)是近几年来国际生命科学领域的一个新兴热点,为细胞内多种没有脂膜包被的无膜细胞器(如核仁、应激颗粒等)的形成、以及多种生理过程中细胞组分的选择性浓缩和分离提供了一个可能的机制,而生物大由液-液相分离向液-固态相变的异常也被证明与多种神经、肌肉退行性疾病的发生密切相关。中国科学家在这一前沿领域取得了诸多重要研究。该综述全文33页,2万8千余字,全面系统地总结了国内科研团队探究LLPS调控多种生理、病理过程的主要进展,并兼顾了国际上该方向的最新发现。

  文章开篇介绍了LLPS的物理原理,包括LLPS的基本原则、多价相互作用介导生物大LLPS的机制、以及生物大LLPS的动态调节。随后,文章分别从细胞骨架网络的组装、基因组组织和基因表达、神经干细胞不对称、神经突触前后致密层信号传导复合体的组装、蛋白质聚集体的自噬降解、异常相分离和相变与人类疾病、以及生物大凝聚体的生物物理表征7个方面展开论述,系统总结了国内外研究团队在相关领域的主要进展。

  图1 生物大相分离的驱动力和多种凝聚体状态。A,生物大发生液-液相分离的两种机制。B,相分离凝聚体的不同状态。

  图2 细胞骨架相关蛋白的相分离实例。A,在丝状蛋白存在下,短肌动蛋白丝通过LLPS在体外形成类晶团状体。B,信号蛋白的LLPS触发免疫突触的T细胞中或裂隙膜片的足细胞中局部F-肌动蛋白的装配。C,BuGZ和Tacc3的LLPS分别纺锤体基质和液体样减数纺锤体的形成,进而促进微管聚合和纺锤体组装。D,Tau液滴促进微管的体外聚集。

  图3 调控中的相分离。A,调控关键蛋白如HP1(左)和CBX2-PRC1(右)可通过间IDR的相互作用促使其在体外发生液液相分离。B,核小体串在生理条件下发生相分离。C,HP1可以通过其CSD结合基序与多种蛋白质形成凝聚体。D,相分离促进复合体的组装。

  图5 液-液相分离调控神经突触前后致密层信号传导复合体的组装。A,突触后致密层的形成很可能依赖于LLPS介导的多种蛋白复合体的组装。B,TARP/PSD-95复合物的相分离调控AMPA受体(AMPAR)在突触后膜的聚集及突触传递。C,通过相分离形成活性的突触前蛋白凝聚体。

  图6 相分离和相变调控PGL颗粒的自噬降解。A,多细胞生物中的自噬途径。B,LLPS介导的PGL颗粒的组装。

  该综述不仅阐明了生物大LLPS如何调控多种细胞生理过程,为蛋白相分离异常相关的人类疾病的药物开发和治疗提供了新的策略,而且提出了整个领域亟待解决的重要科学问题,对国内年轻学者尽快了解本领域并关注该领域中有价值的研究方向具有积极的指导意义。

  原标题:《【科技前沿】张宏、张明杰、朱学良等多位专家联合撰写“生物学中的液-液相分离:机制、功能和疾病”英文长篇综述》

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