清华大学新研究揭示X染色体失活的生物物理机制
清华大学新研究揭示X染色体失活的生物物理机制
近日，清华大学李丕龙教授团队与哈佛大学医学院/麻省总医院的Jeannie T. Lee团队在国际顶尖学术期刊《Cell》上发表了题为《X-ist的传播行为和受限扩散的生物物理学基础》的研究论文，深入探讨了X染色体失活的分子机制，此研究为理解性别基因表达调控提供了新视角。
在性别决定的生物学中，男性与女性之间的主要差异在于性染色体的不同。女性有两条X染色体，而男性则拥有一条X和一条较小的Y染色体。由于X染色体携带数百个关键的蛋白编码基因，这使得女性细胞中潜在的蛋白质表达水平更高，这种过量表达如果不加以调控，可能会致命。为了解决这一问题，生物界发展出一种精巧的机制——X染色体失活。在早期发育阶段，雌性细胞会随机关闭一条X染色体，确保无论是男性还是女性的细胞在蛋白质表达上大致相当。
这一过程是通过一种特定的长链非编码RNA（lncRNA）——X-ist的顺式传播实现的。然而，X-ist的传播行为为何如此特化，只作用于X染色体而不向其他染色体扩散，长期以来是生物学研究中的一个挑战。李教授的团队在新的研究中揭示了X-ist的顺式受限扩散与生物物理特性密切相关。
通过实验，研究团队发现X-ist RNA能够引发液-液相分离（LLPS），这一现象使得X-ist与核不均一核糖核蛋白K（HNRNPK）结合，进而形成液滴。HNRNPK的液滴具有粘附性和可变形性，可以内化X-ist并导致进一步的相变。研究表明，HNRNPK液滴的相变是成功的关键，它能在局部浓缩沉默因子，以促进X-ist在染色体中的顺式扩散。具体而言，X-ist诱导了HNRNPK液滴的软化，使其更容易捕获与X-ist相互作用的其他蛋白质，这些蛋白质被内化在液滴中，进一步提高了X-ist的局部浓度。
这种液-液相分离现象的成功归因于HNRNPK的RGG和X-ist的RepB基序，研究表明突变这些基序会影响X-ist的扩散能力，阻碍其在染色体区域的迁移。因此，该研究提供了一种新的生物物理学解释，揭示了X染色体失活的复杂细节和相应的机制。研究成果不仅增加了我们对性染色体机制的理解，还可能对未来的生物医药研究和性别相关疾病的治疗产生深远影响。
总的来说，这项研究为X染色体失活的生物物理基础提供了新的视野，未来的研究可能会进一步深化我们对基因表达调控的理解，开启新的治疗潜力。
本文原文来自搜狐