端粒是真核生物染色体末端由TTAGGG重复DNA序列和六元蛋白质复合物shelterin组成的特殊结构。它的主要功能是防止染色体末端融合，从而维持染色体和基因组的稳定。端粒末端包含一段G-rich单链区，该区域结合shelterin复合物中的POT1，再协同shelterin复合物中其它组分完成端粒末端折叠加帽，形成含有T-loop和D-loop的稳定结构。但是DNA复制完成后，与端粒末端的单链DNA亲和力更高的蛋白质RPA较POT1更易结合至端粒上，启动DNA损伤修复过程【1】。因此，POT1在DNA复制完成后优先结合端粒的单链区是端粒完成加帽过程的重要环节。有研究对POT1结合端粒过程中的DNA结合蛋白质进行了质谱分析，发现了促进端粒加帽的关键蛋白质hnRNPA1。它通过高亲和力结合端粒ssDNA，使RPA无法结合到端粒上【2】。随后，由端粒转录的长链RNA TERRA结合hnRNPA1，释放DNA的单链区。此时异源二聚体POT1-TPP1结合端粒单链DNA，再协同shelterin复合物中其它组分形成端粒稳定结构。然而，20多年来，其具体的分子机制一直不清楚。
中国科技大学张亮/施蕴渝和华东理工大学杨弋/陈显军团队合作在Journal of Molecular Cell Biology发表了最新研究成果：Phase separation of hnRNPA1 and TERRA regulates telomeric stability，揭示了衰老过程中hnRNPA与TERRA共相分离调控端粒加帽过程介导端粒稳定性。
TERRA (端粒重复序列RNA) 是从端粒DNA区域转录而来的非编码RNA。TERRA在调节和维持端粒的稳定性中起着至关重要的作用。异质核核糖核蛋白 (hnRNPs) 是与复杂多样的生物过程相关的RNA结合蛋白。hnRNPA1蛋白可以识别TERRA RNA和端粒DNA。为了探究hnRNPA1与TERRA共同调节端粒加帽过程的分子机制，本研究首先通过解析蛋白质hnRNPA1 UP1结构域如何与TERRA相互作用的分子结构。通过结构分析，确定了UP1以其两个RRM结构域结合了含有两个UUAGGG重复序列的TERRA，并通过结构分析与ITC确定了相互作用表面上的关键残基。
图1. HnRNPA1 UP1结构域识别端粒RNA TERRA的分子机制（Credit: Journal of Molecular Cell Biology）
研究人员还证实了全长hnRNPA1在其C端无序区域的驱动下发生相分离，并观察到TERRA促进hnRNPA1相分离。破坏UP1-TERRA对hnRNPA1液滴在体内和体外都有显著影响。结合这些数据揭示了hnRNPA1和TERRA形成液滴的分子机制以及相分离是如何参与基因组稳定性的维持的。
图2. TERRA对hnRNPA1相分离的影响（Credit: Journal of Molecular Cell Biology）
该研究综合利用结构生物学，生物化学和细胞生物学的方法，分析了蛋白质hnRNPA1 UP1结构域识别端粒RNA TERRA的分子机制，探讨了TERRA对hnRNPA1相分离现象的影响，还进一步探究了hnRNPA1与TERRA在细胞中的相分离。该研究对hnRNPA1与TERRA共同调控端粒加帽过程的分子机制提出了新的见解，也为后续研究端粒稳定性提供了新的参考。
图3. TERRA与hnRNPA1调控端粒加帽过程的模式图（Credit: Journal of Molecular Cell Biology）
参考文献
1. Maréchal A, Zou L. DNA Damage Sensing by the ATM and ATR Kinases. Cold Spring Harb Perspect Biol. 2013 Sep 1;5(9):a012716.
2. Flynn RL, Centore RC, O'Sullivan RJ, Rai R, Tse A, Songyang Z, Chang S, Karlseder J, Zou L. TERRA and hnRNPA1 Orchestrate An RPA-to-POT1 Switch on Telomeric Single-stranded DNA. Nature. 2011 Mar 24;471(7339):532-6.
https://academic.oup.com/jmcb/advance-article/doi/10.1093/jmcb/mjae037/7769654?login=false&utm_source=advanceaccess&utm_campaign=jmcb&utm_medium=email
