酵母与人类应激颗粒核心的异质性解析：复杂转录组与蛋白质组特征揭示其分子机制

本研究通过大规模纯化技术揭示了酵母和人类细胞中应激颗粒（Stress Granules, SGs）核心的异质性特征。作者Demeshkina和Ferré-D'Amaré开发了非免疫沉淀依赖的纯化方法，首次系统解析了这类保守的细胞质核糖核蛋白颗粒的物理特性（平均尺寸酵母135 nm/人类225 nm）和复杂组分，包括膜蛋白和异质性mRNA/lncRNA分布。研究通过杂交链反应荧光原位杂交（HCR-FISH）证实单个应激颗粒核心仅含有限mRNA亚型，为理解其在应激响应、神经退行性疾病和病毒感染中的作用提供了新视角。

　　

应激颗粒核心的物理化学特性
研究团队通过蔗糖密度梯度离心（SDGC）和尺寸排阻色谱（SEC）联用技术，从氧化应激处理的酵母和HEK293T细胞中分离出应激颗粒核心。纳米颗粒追踪分析显示其呈离散颗粒状，酵母中位直径135 nm，人类225 nm，电镜观察证实其形态不规则且与核糖体大小差异显著。值得注意的是，这些颗粒在1 M KCl中稳定但被LiCl破坏，暗示G四链体结构可能参与其组装——这一假设通过吡啶斯塔宾（PDS）和N-甲基中卟啉IX（NMM）诱导的颗粒融合实验得到支持。

突破性纯化策略
与传统免疫沉淀法相比，新方法通过优化裂解条件（模拟细胞质高渗环境）和避免沉淀步骤，成功获得高纯度组分。关键改进包括：使用甘露醇/蔗糖稳定细胞结构、从可溶组分中分离颗粒、以及尿素辅助的SEC去除松散结合蛋白。与Jain等2016年的方案对比，新方法将酵母应激颗粒核心的蛋白鉴定数量提升45%，且避免了抗体靶向偏好性带来的偏差。

核心蛋白质组的复杂性
质谱分析揭示了惊人的组分多样性：

1. 保守组分：如poly(A)结合蛋白（PAB1）、eIF4F复合物（含eIF4A/eIF4G/eIF4E）、RNA解旋酶DDX3X/DHH1在两种生物中均被检出；
2. 条件依赖性组分：酵母中eIF2α仅在合成培养基中出现，而哺乳动物中G3BP1丰度与生长阶段相关；
3. 意外成员：内质网伴侣蛋白（如Erlin-2、endoplasmin）、线粒体外膜电压依赖性阴离子通道（VDAC）、以及DNA结合蛋白（如酵母ABF1/RAP1）的检出，暗示应激颗粒与膜细胞器的功能偶联。HCR共聚焦显微镜直接观察到Erlin-2与G3BP1在颗粒内的共定位，印证了蛋白质组数据。

转录组异质性机制
高通量测序显示应激颗粒核心包含mRNA和lncRNA，其中：

• 酵母mRNA平均长度1.4-1.6 kb，人类约2.3 kb，未显示长度选择性富集
• lncRNA主要源自编码基因反义链
  通过HCR-FISH对MACF1（17 kb）、AHNAK（17 kb）等长转录本的追踪发现，单个颗粒仅含特定mRNA亚群。例如在HEK293T细胞中，仅21%的G3BP1阳性颗粒含有MACF1 mRNA，这种"分子分区"现象与颗粒的有限容量理论（每个核心约含数十个mRNA）相符。

功能网络与疾病关联
基因本体（GO）分析凸显应激颗粒核心与多重通路的交互：

1. 膜系统调控：富集内质网-线粒体接触位点（MAMs）相关蛋白如GRP75、VAPB，提示其可能参与细胞器间通讯；
2. 应激响应枢纽：检测到热休克蛋白（HSP90B1）、PARP1等早期应激响应因子；
3. 疾病相关通路：与神经退行性疾病（如TDP-43蛋白病）、癌症（通过调控VDAC的脂肪酸代谢）和病毒免疫逃逸（如劫持颗粒组装）密切相关。

技术突破与未来方向
该研究建立的纯化体系首次实现了：

• 百升级别培养物的颗粒制备
• 避免超速离心导致的聚集体污染
• 兼容下游多组学分析
  局限性在于缺乏功能性检测体系，且显微镜分辨率限制了对纳米级亚结构的观测。作者建议未来研究可结合冷冻电镜解析核心结构，并开发活细胞标记技术追踪单颗粒动态。

这项研究为理解真核细胞应激响应机制提供了分子蓝图，其揭示的异质性特征将推动针对颗粒异常组装相关疾病（如肌萎缩侧索硬化症）的精准干预策略开发。