ATRX通过液-液相分离调控神经祖细胞命运：揭示神经发育障碍的新机制

本研究揭示了ATRX基因通过液-液相分离（LLPS）形成生物分子凝聚体调控人类神经祖细胞（hNPCs）命运的新机制。研究人员发现ATRX的内在无序区（IDR）介导的相分离对其定位超级增强子（SEs）和维持神经分化至关重要，为ATRX-X综合征等神经发育障碍的发病机制提供了全新视角。该成果发表于《Nature Communications》，拓展了染色质重塑蛋白功能认知边界。

　　

在神经发育的精密调控网络中，染色质重塑蛋白ATRX的突变会导致ATRX-X综合征（alpha-thalassemia X-linked intellectual disability syndrome），表现为严重的智力障碍和神经系统异常。尽管已知ATRX通过调控异染色质稳定性影响基因表达，但其在人类神经祖细胞（hNPCs）中的具体作用机制仍存在巨大知识空白。更关键的是，近年来液-液相分离（LLPS）被发现在细胞核组织中扮演核心角色，但ATRX是否通过这一机制调控神经发育仍是未解之谜。

Keio University医学院的研究团队通过多学科方法揭示了ATRX通过相分离调控神经分化的全新机制。研究发现人类ATRX能独立形成动态核凝聚体，这与小鼠中观察到的经典着丝粒周边定位截然不同。这些发现不仅重新定义了ATRX的核内行为模式，更为理解神经发育障碍提供了新的分子视角，相关成果发表在《Nature Communications》。

研究主要采用四种关键技术：1）基于CRISPR-Cas9的基因编辑构建ATRX突变体；2）荧光漂白恢复（FRAP）分析凝聚体动力学；3）CUT&RUN技术绘制全基因组ATRX结合图谱；4）人类诱导多能干细胞（hiPSC）分化体系结合脑类器官模型验证功能。实验使用hiPSC来源的神经祖细胞（AF22系）和HEK293T细胞系作为主要模型。

ATRX在人类细胞中的定位不同于经典着丝粒关联

免疫染色显示ATRX在小鼠神经祖细胞（mNPCs）中主要定位于着丝粒周围异染色质，而在人类细胞中形成独立核斑点。种间转换实验证实这种差异源于ATRX自身特性而非细胞背景。

ATRX斑点具有液-液相分离特征

1,6-己二醇处理可逆性溶解ATRX凝聚体，FRAP分析显示其扩散系数（~0.11μm²/s）符合液态特征。关键发现是ATRX的C端内在无序区（IDR2^Cterm）在体外能自主形成液滴，而删除该区域或插入MBP标签会破坏相分离能力。

ATRX凝聚体选择性招募转录激活因子

邻近连接实验（PLA）显示ATRX与P300、CHD7的相互作用依赖相分离，而与BRD4的结合则否。体外沉降实验证实IDR2^Cterm液滴特异性富集CHD7和P300，这种选择性招募对维持神经祖细胞特性至关重要。

ATRX广泛结合超级增强子区域

CUT&RUN分析揭示96%的H3K27ac定义超级增强子（SEs）有ATRX结合，且这种结合受相分离调控。1,6-己二醇处理显著减少增强子区ATRX占据，但不影响异染色质区域，说明相分离特异性调控其转录激活功能。

多聚谷氨酸序列决定相分离能力

研究发现人类ATRX IDR2中的22个谷氨酸重复序列（poly-E）在进化中扩展，删除该序列（ΔEx15突变体）会损害凝聚体形成。该突变导致hNPCs转录组向神经嵴/间充质干细胞（NCC/MSC）特征偏移，神经元分化效率从83.1%骤降至21.5%，脑类器官中神经管结构也出现异常。

这项研究确立了ATRX相分离在神经发育中的核心地位：1）揭示了物种间ATRX功能差异的结构基础；2）阐明了相分离如何协调染色质重塑与转录激活；3）为ATRX-X综合征提供了新的病理机制解释。特别值得注意的是，poly-E序列的进化扩展可能使人类神经发育获得了更精细的调控能力，这为理解人类认知能力的独特性提供了线索。未来针对ATRX凝聚体的动态调控研究，或将为神经发育障碍的治疗开辟新途径。