相分離調控蛋白翻譯與生物節律的分子機制

　　清華大學生命科學學院吝易團隊與楊雪瑞團隊合作揭示了細胞利用相分離對蛋白質翻譯進行精細的時空調控，從而維持晝夜節律周期的分子機制。相關成果以“區室化周期性蛋白質翻譯精確調控生物節律（Circadian clocks are modulated by compartmentalized oscillating translation）”為題，于2023年6月26日在《細胞》（Cell）雜志發表，論文鏈接為https://doi.org/10.1016/j.cell.2023.05.045。

　　地球自轉造就日月流轉，晝夜更替。細胞中的眾多生物過程也隨著晝夜節律在時間和空間上受到嚴格調控，形成生物鐘。已有研究表明，生物鐘調控由若干分子環路組成，其中包括時鐘基因構成的轉錄翻譯負反饋回路（transcription-translation feedback loop）。在這個回路中，轉錄、mRNA加工、蛋白質翻譯過程以晝夜節律模式進行，從而精準調控眾多基因的節律周期。但這些過程如何實現時間和空間上的節律性，仍有大量謎題有待破解。

　　該團隊發現細胞內蛋白翻譯存在周期性規律，且翻譯高峰出現在一個晝夜節律周期開始后的12-16小時。在分析了不同節律時間的全蛋白組后，科研人員找到了與蛋白翻譯節律振蕩模式類似的RNA結合蛋白ATXN2及其同源蛋白ATXN2L，并證明它們是節律性翻譯的主調控分子。進一步研究證明，ATXN2和ATXN2L在細胞內能夠發生相分離，并且相分離模式隨晝夜節律振蕩。ATXN2相分離形成的液滴依序招募、富集一系列參與RNA相關生物過程的分子，并在振蕩高峰期募集核糖體和特異RNA，促進關鍵節律蛋白的翻譯。這個在翻譯上的加速環節，在整個TTFL中起到了穩定和精確調控節律周期的作用。

　　已有研究表明，不同蛋白凝聚體在基因轉錄過程的不同階段發揮重要功能。吝易研究員團隊揭示了相分離與蛋白凝聚體促進翻譯起始階段的重要功能，進一步支持了細胞內信息液相流動(liquid information flow)的模型。隨晝夜節律振蕩的相分離系統，為理解多種細胞活動的時空調節功能提供了幫助。