研究揭示植物miRNA产生的核心工作机制

清华大学生命科学学院植物生物学研究中心戚益军课题组在《自然-细胞生物学》（Nature Cell Biology）在线发表了题为“SERRATE通过相分离驱动拟南芥切割小体形成并促进miRNA加工”（Phase separation of SERRATE drives dicing body assembly and promotes miRNA processing in Arabidopsis）的研究论文。该研究发现对植物miRNA产生至关重要的切割小体（Dicing body）由其核心组分SERRATE（SE）蛋白通过液-液相分离驱动组装形成，miRNA在切割小体中产生后，可释放至小体外发挥功能。这些研究结果阐明了植物miRNA产生的核心工作机制。

miRNA通过调节基因表达，在植物生长发育、逆境响应等过程中发挥重要调控作用；阐明miRNA的产生和功能机制，对于揭示基因表达调控规律、开发改良作物农艺性状的新资源具有重要意义。植物miRNA由DCL1-SE-HYL1复合体切割其前体pri-miRNA产生。早期的研究表明DCL1、HYL1及SE共定位于细胞核中并形成2-4个直径为0.2-0.8 μm的切割小体。切割小体的形成机制及其在miRNA产生中的功能一直是有待阐明的重要问题。

生物大分子（蛋白质和RNA）能够在细胞内聚集形成点状结构。近年来，人们逐渐意识到这些点状结构并非生物大分子的固态沉淀，它们往往具有液态流动性，与周围环境有着密切的物质交流，因而也被称为无膜细胞器。大多数无膜细胞器由生物分子发生液-液相分离驱动形成。

在这项研究中，戚益军研究组首先发现切割小体具有液态的物理属性。通过对切割小体核心组分蛋白的表达纯化和鉴定，发现SE蛋白具有相分离形成液滴的能力，并且这一能力依赖于其N端的一段固有无序区段（IDR）。利用生化和遗传手段，发现SE的液-液相分离驱动了切割小体的形成，并且对高效切割加工pri-miRNA至关重要。进一步研究发现，切割小体是miRNA产生的场所；miRNA在切割小体中产生后，与HYL1结合，从切割小体中释放进而发挥功能。由此，该研究提出了切割小体的组装及作用机制模型：1）SE蛋白通过其N端固有无序区段产生的分子间弱相互作用力而聚集，并招募DCL1、HYL1及前体pri- miRNA，形成切割小体； 2）在切割小体中，由于局部浓度的提升，分子间碰撞几率增加，使得DCL1得以高效地切割加工pri-miRNA产生miRNA；3）随着切割过程造成pri-miRNA的消耗，HYL1与SE间的作用力减弱而被释放至切割小体外，由于HYL1具有结合miRNA的能力，向外迁移的HYL携带着miRNA共同转运，从而实现miRNA从切割小体的释放。(生物谷Bioon.com）