無膜細(xì)胞器是由蛋白質(zhì)和RNA等分子通過液-液相分離形成的動(dòng)態(tài)細(xì)胞結(jié)構(gòu)。它們可在細(xì)胞內(nèi)快速組裝與解聚，為分子反應(yīng)提供局部濃縮與調(diào)控環(huán)境，在應(yīng)激響應(yīng)、基因表達(dá)、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)維持等過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。典型的無膜細(xì)胞器包括應(yīng)激顆粒（stress granules）、P bodies、核仁以及轉(zhuǎn)錄調(diào)控凝聚體等。由于這些結(jié)構(gòu)具有高度動(dòng)態(tài)性、可逆性及復(fù)雜的分子組成，傳統(tǒng)生化方法難以精確捕獲其瞬態(tài)相互作用與修飾狀態(tài)，因此對(duì)其系統(tǒng)性解析一直面臨顯著技術(shù)挑戰(zhàn)。

為應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)， 2025年11月5 日，中國(guó)科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所生物與化學(xué)交叉中心張耀陽(yáng)研究員課題組在Cell Chemical Biology期刊發(fā)表題為TRIM28-Mediated SUMOylation of G3BP1/2 Regulates Stress Granule Dynamics的研究論文。該研究開發(fā)了低濃度甲醛交聯(lián)質(zhì)譜（low-concentration formaldehyde crosslinking mass spectrometry,lcFAX-MS）方法，以簡(jiǎn)便、快速的方式穩(wěn)定無膜細(xì)胞器，顯著增強(qiáng)了下游的蛋白質(zhì)組與轉(zhuǎn)錄組分析。利用該方法，研究團(tuán)隊(duì)首次揭示了TRIM28介導(dǎo)的G3BP1/2 SUMO化修飾在應(yīng)激顆粒動(dòng)態(tài)調(diào)控中的關(guān)鍵作用及其分子機(jī)制（圖1）。

圖2. lcFAX-MS方法的建立及TRIM28介導(dǎo)的SUMO化修飾調(diào)控應(yīng)激顆粒動(dòng)態(tài)性的分子機(jī)制。

甲醛是一種常用的交聯(lián)試劑，通常采用1–4%濃度，該濃度容易導(dǎo)致過度交聯(lián)、蛋白沉淀或細(xì)胞死亡，不利于后續(xù)分析。研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地采用低濃度（0.05%）甲醛交聯(lián)策略，既能有效穩(wěn)定SG，又避免額外應(yīng)激與過度交聯(lián)，并與后續(xù)富集和質(zhì)譜分析高度兼容。結(jié)合定量蛋白質(zhì)組學(xué)，開發(fā)了lcFAX-MS方法，利用該方法共鑒定出504個(gè)候選SG蛋白，數(shù)量顯著高于以往報(bào)道。

其中，TRIM28是此前未被報(bào)道的SG相關(guān)蛋白，可與應(yīng)激顆粒的核心組分G3BP1/2相互作用。通過FRAP實(shí)驗(yàn)，研究人員發(fā)現(xiàn)TRIM28顯著影響SG解聚的動(dòng)態(tài)性，提示其在SG穩(wěn)態(tài)調(diào)控中的重要作用。由于TRIM28具有E3 SUMO連接酶活性，而SG的組裝與解聚受多種翻譯后修飾調(diào)控，研究進(jìn)一步通過質(zhì)譜與突變實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，TRIM28可介導(dǎo)G3BP1的K287位點(diǎn)與G3BP2的K281位點(diǎn)發(fā)生SUMO化修飾。這是首次在G3BP1/2上明確報(bào)道的SUMO修飾位點(diǎn)，該修飾可調(diào)控SG解聚并抑制G3BP1/2的泛素化，從而阻止其通過蛋白酶體途徑降解。蛋白質(zhì)組學(xué)分析提示，該修飾可能影響線粒體功能，進(jìn)而調(diào)節(jié)細(xì)胞氧化應(yīng)激與凋亡，為理解SG與細(xì)胞命運(yùn)調(diào)控的聯(lián)系提供了新視角。

此外，研究團(tuán)隊(duì)還將lcFAX方法拓展至轉(zhuǎn)錄組分析（lcFAX- s eq）。與傳統(tǒng)RIP-seq相比，lcFAX- s eq可鑒定更多、更可靠的SG候選RNA，結(jié)果顯示已知SG相關(guān)RNA（如AHNAK-1與ATF4）的富集顯著增強(qiáng)，整體候選RNA特征更符合SG轉(zhuǎn)錄組的已知規(guī)律。

綜上，本研究不僅闡明了TRIM28介導(dǎo)的G3BP1/2 SUMO化在應(yīng)激顆粒動(dòng)態(tài)調(diào)控中的關(guān)鍵分子機(jī)制，還建立了一種適用于多種無膜細(xì)胞器研究的通用交聯(lián)分析策略，為解析液-液相分離相關(guān)生物過程提供了新的工具與思路。

本研究第一作者為中國(guó)科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所生物與化學(xué)交叉研究中心博士研究生袁藝。 Cell Chemical Biology 同期刊發(fā)“Meet the Authors”專題，對(duì)研究團(tuán)隊(duì)及其背后的科研故事進(jìn)行了深入報(bào)道。

https://doi.org/10.1016/j.chembiol.2025.10.003

制版人： 十一

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