在生物分子凝聚体中选择性富集RNA能够调控细胞的命运转变

《Nature Biotechnology》：Selective RNA sequestration in biomolecular condensates directs cell fate transitions

通过多物种P-body测序和功能分析，发现P-body通过富集特定发育前阶段的RNA（如2C胚胎基因）抑制其翻译，调控细胞命运转变。敲除DDX6或AGO2破坏P-body结构，释放这些RNA并激活翻译，导致干细胞向totipotent或PGCLC分化。研究证实P-body是跨物种保守的RNA调控机制，为定向细胞命运提供了新策略。

　　控制干细胞分化一直是生物医学研究中的重要目标。本文通过研究RNA凝聚体，特别是P-体，探讨了细胞命运如何受到这些结构的影响。P-体是细胞质中调控基因表达的细胞器，它们通过翻译后调控机制参与RNA的降解、翻译抑制和信号传递。我们对不同发育阶段和多种脊椎动物的P-体进行了转录组分析，发现这些结构在细胞类型间存在保守性，但其RNA成分具有特异性，能够反映先前的发育阶段。通过改变AGO2或聚腺苷酸位点的使用，我们可以显著改变P-体的RNA组成。这些发现被用于指导干细胞分化，例如通过操纵P-体的组装或微小RNA（miRNA）活性，可以将原始小鼠和人类多能性干细胞引导为全能性细胞，或者将原始人类胚胎干细胞引导为原始生殖细胞样细胞（PGCLCs）。我们的研究结果揭示了P-体在调控细胞命运中的基本作用，并为通过RNA凝聚体来控制细胞身份提供了策略。

P-体最初被认为是mRNA降解的热点，但近年来的研究表明，它们还通过将mRNA从翻译机器中隔离来调控翻译。某些情况下，P-体中的mRNA在P-体溶解后会重新进入核糖体池，表明P-体提供了一种动态、精细的调控机制，以调节基因表达。研究还发现，P-体中富集的mRNA与细胞周期、染色质重塑和转录调控有关，而细胞质中的mRNA则主要涉及基本的代谢和结构功能。这种选择性富集机制在多种细胞类型中保持一致，例如在小鼠和人类的多能性干细胞中，P-体富含特定的mRNA，这些mRNA可能编码调控细胞命运的关键因子。

为了更深入地理解P-体在分化和发育中的作用，我们进行了多个实验，包括从不同细胞类型中纯化P-体并进行转录组分析。通过荧光激活粒子分选（FAPS）技术，我们能够分离出不同细胞类型中的P-体，并发现它们在RNA组成上存在显著差异。此外，我们还使用了单分子荧光原位杂交（smFISH）和免疫荧光（IF）技术来验证特定基因在P-体中的定位。例如，在人类原始胚胎干细胞中，我们发现P-体富含8细胞（8C）胚胎相关的mRNA，这些mRNA可能在细胞分化过程中被抑制，以防止其翻译。类似地，在小鼠中，P-体中也发现了2细胞（2C）胚胎相关的mRNA，这表明RNA在P-体中的富集可能是一种普遍的调控机制。

进一步的研究表明，P-体中的RNA富集可能受到miRNA的调控，这种调控具有细胞类型特异性。通过抑制AGO2，我们观察到P-体中的miRNA靶点显著减少，表明AGO2在将miRNA靶点招募到P-体中起着关键作用。同时，我们还发现，通过改变聚腺苷酸位点的使用，可以影响RNA的富集模式。例如，在小鼠胚胎成纤维细胞（MEFs）中，抑制Nudt21可以减少P-体中的RNA富集，并导致3′ UTR长度的变化。这些结果表明，RNA的富集不仅与miRNA的结合有关，还可能与3′ UTR的长度和结构有关。

此外，我们还研究了P-体在细胞命运调控中的具体作用。通过抑制miR-300，我们发现其靶点在P-体中的富集显著减少，这可能导致细胞命运的改变。例如，抑制miR-300可以促进2C相关基因的表达，表明miRNA的调控可能在细胞分化过程中起着关键作用。我们还利用了P-体中的RNA富集来指导细胞命运的改变，例如通过改变P-体的组成，可以将原始人类胚胎干细胞转化为PGCLCs，这在生殖医学中具有重要意义。

总的来说，我们的研究揭示了P-体在调控细胞命运中的关键作用，其RNA富集机制在不同物种和细胞类型中具有保守性。通过操纵P-体的组成和miRNA的活性，我们可以改变细胞命运，从而为细胞工程和再生医学提供了新的策略。这些发现不仅加深了我们对细胞分化和发育机制的理解，还为未来的细胞治疗和疾病模型提供了新的研究方向。