YAP电荷模式通过转录共凝聚体介导信号整合的分子机制研究

本研究揭示了转录调控因子YAP通过电荷介导的相分离机制与中介体复合物(Mediator)形成功能性转录凝聚体的分子基础。研究人员利用光片单分子成像和合成凝聚体系统，发现YAP与Med1通过互补的静电相互作用发生共凝聚，这种相分离行为受到转录负反馈调控，为理解干细胞中动态转录调控提供了新视角。该研究发表于《Nature Communications》，为生物分子凝聚体在基因表达调控中的作用机制提供了重要见解。

　　

在细胞命运决定过程中，转录调控因子如何精确控制基因表达程序一直是个核心科学问题。YAP作为重要的转录共激活因子，调控着细胞增殖、多能性维持等关键生物学过程，但其信号整合的分子机制尚不清楚。特别令人困惑的是，YAP如何在不同细胞背景下选择性激活特定基因程序？近年研究发现，生物分子凝聚体(biomolecular condensates)可能是解决这一问题的关键，但具体机制仍待阐明。

加州大学旧金山分校(University of California, San Francisco)的研究团队在《Nature Communications》发表重要研究成果，揭示了YAP通过特定电荷模式与中介体复合物(Mediator)形成功能性转录凝聚体的分子机制。研究创新性地结合光片单分子成像、合成凝聚体系和序列分析等技术，发现YAP与Med1通过互补的静电相互作用发生共凝聚，这种相分离行为受到转录负反馈调控，为理解干细胞中动态转录调控提供了全新视角。

研究采用了多项关键技术：1) 光片单分子成像技术实时观测YAP与染色质的相互作用动力学；2) 合成凝聚体系统(SPARK-ON)精确控制YAP凝聚体形成；3) CRISPR/Cas9基因编辑构建内源性蛋白标记细胞系；4) 计算生物学方法分析蛋白质固有无序区(IDR)的序列特征；5) RNA测序分析转录组变化。所有实验均使用小鼠胚胎干细胞(mESC)作为模型系统。

【YAP-染色质相互作用对蛋白溶解度和电荷敏感】

通过光片单分子成像发现，YAP与染色质的相互作用呈现双指数分布，包括非特异性(1.2秒)和特异性(7秒)两种模式。引人注目的是，当YAP融合高溶解度的mCherry蛋白或带负电标签时，特异性相互作用减少50%，表明YAP的长时程染色质结合依赖于相分离和静电相互作用。

【YAP与内源性转录凝聚体相互作用】

研究发现内源性YAP形成的小分子簇(约30个分子)不符合单组分相分离特征。双色成像显示YAP被Med1和Pol2凝聚体短暂招募(秒级)。有趣的是，YAP表达水平升高会显著增加Med1凝聚体数量，表明存在协同效应。

【YAP/Med1共凝聚驱动转录激活】

合成凝聚体实验证实，YAP急性招募能立即引起Med1共定位，而负电标签会破坏这种相互作用。转录抑制剂DRB实验表明，转录延伸产生的负反馈调控YAP和Pol2的招募，形成适应性反应。

【YAP电荷模式介导Med1共凝聚】

序列分析发现YAP C端IDR富含负电荷区块，与Med1的正电荷区块互补。工程改造的"电荷分散"YAP变体虽保持净电荷不变，但Med1招募能力显著降低，证实电荷模式而非净电荷决定特异性。

这项研究揭示了YAP信号整合的分子框架：1) YAP通过特定电荷模式与Med1形成共凝聚体；2) 这种相分离行为建立了转录激活的正反馈循环；3) 转录输出产生延迟负反馈，实现信号适应。这种动态调控机制解释了YAP如何解码浓度和时序信号，为理解干细胞分化等过程中的基因调控提供了新范式。特别值得注意的是，研究发现的电荷介导相分离机制可能普遍适用于其他转录因子，为生物分子凝聚体研究开辟了新方向。

从技术角度看，研究创新性地将单分子成像与合成生物学工具相结合，克服了内源性系统研究的局限性。光片显微镜的高时空分辨率成功捕捉到传统方法难以观察的小型动态凝聚体，这一技术路线值得在相分离研究中推广。此外，研究提出的"电荷模式决定特异性"概念，为理解IDR介导的分子识别提供了新思路，可能影响未来蛋白质工程设计。

这项研究的发现具有多重意义：在基础科学层面，阐明了转录凝聚体组装的物理化学原理；在医学应用层面，为异常相分离相关疾病(如癌症)的治疗提供了潜在靶点；在技术方法层面，建立的研究范式可推广至其他生物分子凝聚体系统。未来研究可进一步探索YAP凝聚体在不同细胞类型中的调控差异，以及如何整合多种信号通路输入。