Фазовое разделение белком FC раскрывает новый механизм развития опухоли при редком раке
Динамическая реорганизация эндомембранной системы — ключевой биологический процесс, необходимый для поддержания клеточной компартментализации и гомеостаза. Белки, обогащённые внутренне неупорядоченными областями (IDR), могут вызывать образование мембранной кривизны в искусственных везикулах через жидкостно-жидкостное фазовое разделение (LLPS), однако прямых доказательств опосредованной LLPS ремоделирования эндомембран в живых клетках не хватало.
В журнале Molecular Cell группа профессора Ли Дуна из Института биофизики Китайской академии наук совместно с исследователями из Университета Цинхуа впервые представила прямые доказательства того, что трансмембранные белки-слияния (MFP), обогащённые IDR, могут динамически ремоделировать эндомембранные системы через LLPS в живых клетках, используя технологию суперразрешающей микроскопии Multi-SIM.
Используя в качестве модели характерный белок-слияние FUS-CREB3L2 (FC), происходящий из низкозлокачественной фибромиксоидной саркомы (LGFMS), исследователи систематически выяснили молекулярный механизм, с помощью которого аномальное фазовое разделение запускает ремоделирование мембран и способствует опухолеобразованию.
Белок FC сохраняет как IDR от FUS, так и трансмембранный домен и ДНК-связывающий домен от CREB3L2.
Создав индуцибельную систему экспрессии FC, исследователи с помощью Multi-SIM визуализации зафиксировали более 2300 временных точек за шесть непрерывных часов, впервые записав динамический процесс, с помощью которого FC ремоделирует эндоплазматический ретикулум (ЭПР) через LLPS.
Исследователи обнаружили, что ремоделированные мембранные структуры ЭПР ко-локализовались с маркерами COPII-везикул, образуя COPII-подобные компартменты с диаметрами, значительно превышающими диаметры классических COPII-везикул.
Эти компартменты секвестрировали протеазы S1P/S2P, запуская спонтанный внутримембранный протеолиз FC, тем самым высвобождая его транскрипционно активный N-концевой фрагмент (FC-N) в ядро.
Этот механизм резко контрастирует с поведением дикого типа CREB3L2, который локализуется в ЭПР, не меняя его морфологии, и требует индукции стрессором ЭПР брефельдином А (BFA) для прохождения протеолиза в аппарате Гольджи.
Попав в ядро, FC-N рекрутировал хроматиновые регуляторы SSRP1 и CHD7, формируя транскрипционный комплекс, который активирует характерную для LGFMS программу экспрессии генов, в конечном итоге способствуя злокачественному клеточному поведению.
Это исследование знаменует собой первое описание регуляторного пути, в котором аномальное фазовое разделение белка-слияния запускает ремоделирование мембран ЭПР и ядерную передачу сигналов.
Результаты не только углубляют механистическое понимание роли LLPS в биологии рака, но и закладывают теоретическую основу для разработки таргетных терапий для LGFMS.