Cell | RNA促进了细胞核中空间分隔的形成

大家好，今日给大家介绍一篇发表在Cell上的文章RNA promotes the formation of spatial compartments in the nucleus，文章的通讯作者是来自加州理工的Mitchell Guttman教授。 

RNA，DNA和蛋白质分子在细胞核的三维（3D）结构中具有高度组织性，探究与RNA有相互作用的组分对于明确其在细胞核中的作用有重要意义，但现有方法无法测量3D结构中的高阶RNA和DNA接触。为了解决这个问题，作者开发了RNA和DNA SPRITE（RD-SPRITE）来全面绘制RNA和DNA的空间组织。这些数据表明，数百个ncRNA在整个细胞核中形成高浓度区域，需要特定的RNA来招募各种调节因子进入这些区域，并且这些RNA可以塑造长程DNA接触，异染色质组装和基因表达。这些结果证明了RNA形成高浓度区域，与可扩散调节剂结合并引导它们进入隔室以调节基本核功能的机制。 

本文用的方法是作者在2018年发展的SPRITE方法的改进版，原技术可以准确描绘两个核体结构周围的DNA空间组织，但这种技术不能检测到大多数的RNA，改进的RD-SPRITE的主要思路是先让RNA，DNA和蛋白质接触交联以原位保留其空间关系，拆分组分后对复合物中的分子用RNA或DNA特异性tag标记，迭代拆分并继续裂解tag，最终经过六轮的拆分，具有相互作用的组分共享同一tag的条形码，合并分析后可以检测同时结合多个DNA和RNA分子。 

经过对于细胞核的RD-SPRITE分析及RNA荧光原位杂交(FISH)的二次验证后，作者观察到大量ncRNA在细胞核的空间区室中的共定位现象，这些ncRNA在编码其新生靶标的基因组DNA周围形成处理中心，如参与mRNA剪接的ncRNA在空间上集中在含有高密度Pol II的基因周围，参与snRNA生物发生的ncRNA排布围绕在snRNA基因簇组织周围，而非均匀分布在细胞核中甚至扩散到细胞质中。这些结果表明，在RNA处理过程中，编码它们的DNA位点及其新生的RNA靶标周围通常会围绕着这些高度组织的ncRNA簇。  

作者进一步在细胞核中绘制了约650个长非编码RNA（lncRNA），并观察到它们和成熟mRNA之间的染色质定位存在显着差异，他们发现绝大多数（93%）的lncRNA在其转录位点的3D接近范围内被强烈富集。如图D和E中，所选lncRNA（D）或543 lncRNA（E）的3D空间填充核结构模型，这些模型lncRNA在细胞核中显示出至少50倍的富集。每个球体对应于一个1-Mb或更大的区域，其中单个lncRNA被富集。 

确定了这些特定的富集后，作者选择了一种已知会招募HDAC3到X染色体沉默转录的SHARP蛋白，研究其在细胞核全局范围内的定位，通过删除其RNA结合域RPM并可视化其定位，确定了在蛋白表达水平不变的情况下蛋白的突变会导致其定位弥散，并且鉴定了几个与SHARP有强结合的lncRNA，如Kcnq1ot1片段，又通过删去其蛋白结合域等方式观察其帮助招募HDAC的能力变化，最终确定了这一lncRNA可以将帮助蛋白引导到核区域以调节基因表达的功能。 

基于以上工作，作者提出了seed-bind-recruit的的招募机理，提出了lncRNA作为种子动态驱动蛋白富集在细胞核的不同DNA区域中，帮助我们更好地理解细胞如何精准调控基因表达。 

本文作者：LYC