《Epigenetics Reports》：Chromatin meets condensates: emerging interplays linking nuclear paraspeckles to gene activation
编辑推荐：
这篇综述深入探讨了核旁斑（Nuclear paraspeckles）——一种由长链非编码RNA NEAT1_2支架与DBHS蛋白家族（NONO、SFPQ、PSPC1）通过相分离形成的无膜细胞器——在基因激活中的新兴功能。文章系统梳理了旁斑独特的“核心-壳层”结构及其与活性染色质的物理互作（“with”模型），揭示了其通过调控染色质调节因子（如SWI/SNF复合体亚基ArId1B和组蛋白甲基转移酶NSD1）来维持活性染色质状态（如H3K36me2）的潜在机制。同时，综述也指出了NEAT1表达调控、DBHS蛋白功能冗余（如PSPC1的非必需性）以及小鼠与人类模型（如NONO突变相关MRXS34综合征的物种差异）等关键未解问题，为理解生物分子凝聚体在基因调控和人类疾病（如神经发育障碍、ALS）中的作用提供了重要视角。
旁斑组装：对核富集丰富转录本1的独特依赖
哺乳动物细胞核是高度区室化的，其中包含多种无膜细胞器，即核体，它们是通过蛋白质和RNA的相分离形成的大分子凝聚体。在众多核体中，核旁斑的功能至今仍很大程度上是模糊的。与其他由多价蛋白质-蛋白质和蛋白质-RNA相互作用形成的转录凝聚体不同，旁斑蛋白的组装严格依赖于一个特定的长链非编码RNA（lncRNA）——核富集丰富转录本1（NEAT1）的表达。
NEAT1基因座转录产生两种亚型：NEAT1_1和NEAT1_2。NEAT1_2是旁斑组装所需的核心结构组分，专门定位于旁斑内；而NEAT1_1对于旁斑组装是非必需的，同时存在于旁斑和核质中。旁斑的核心蛋白成分包括Drosophila行为人类剪接（DBHS）家族蛋白，即NONO、SFPQ和PSPC1。DBHS蛋白通过其N端形成同源或异源二聚体，并进一步通过C端的卷曲螺旋结构域发生寡聚化，这一过程对于旁斑的形成至关重要。NEAT1_2的中段结构域被DBHS蛋白特异性结合，从而通过相分离驱动旁斑的组装。
旁斑的组装是与NEAT1转录同步发生的。然而，NEAT1的表达本身受到精细调控，它不存在于胚胎干细胞中，但在谱系分化时开始表达。在发育后的组织中，NEAT1仅在部分细胞群体中表达。有趣的是，在培养细胞中，旁斑的存在和分布并不均匀，这表明NEAT1的表达可能是一个动态且受细胞周期、染色质状态、环境刺激和组织特异性转录因子等多种条件影响的过程。此外，NEAT1也是一种应激反应性lncRNA，其表达可被微生物感染、热休克和缺氧等多种细胞应激源诱导，这提示NEAT1可能作为应激传感器，连接细胞刺激与旁斑组装相关的基因激活。
旁斑组装：遗留的问题
旁斑是PSPs和RNA组成的高度动态、开放的生物分子凝聚体系统。尽管三种DBHS蛋白在旁斑和核质扩散群体之间表现出相似的快速交换速率，但功能缺失研究表明，NONO和SFPQ对于旁斑的形成是必需的，而PSPC1则似乎是可有可无的。NONO-SFPQ异源二聚体通过与NEAT1_2的多价相互作用，促进了旁斑的成核和稳定。
显微镜和生化研究已经证实，在活细胞中，DBHS蛋白和NEAT1形成一种“核心-壳层”结构，其中DBHS蛋白和NEAT1_2的中段位于核心，而NEAT1_2的5‘和3’端位于表面的壳层。旁斑的组装可能遵循一种“成核”模型，新生的NEAT1_2转录本作为成核分子，招募DBHS蛋白随机定位在NEAT1_2中段结构域周围，从而形成成熟的旁斑。因此，旁斑可能通过招募DBHS蛋白来限制它们与其结合伴侣或靶基因座的相互作用，从而调控基因表达。另一方面，旁斑的组装增加了DBHS蛋白的局部浓度，这可能增强了A-to-I编辑mRNA的滞留，并可能影响其他生物学过程。然而，旁斑的数量和大小在细胞间并不均匀，这留下了一个悬而未决的问题：这是一个随机过程还是一个被精密编排的过程？
与活性染色质的相互作用：“伴随”还是“直接作用”模型？
新兴证据强调了旁斑与染色质之间的关联。旁斑的核心成分，包括NEAT1和DBHS蛋白，已被证明与活性染色质位点以及染色质调节因子（如组蛋白修饰酶和染色质重塑复合物）发生物理相互作用，表明旁斑直接参与了染色质状态的调控。
作为旁斑的核心RNA支架，NEAT1被证明通过CHART-seq技术直接与活性染色质位点相互作用。SFPQ与NEAT1在染色质上的结合位点共定位，这些位点主要位于活性基因的转录起始位点（TSS）和转录终止位点（TTS）。生化上，NONO和SFPQ可以与RNA聚合酶II的C端结构域（CTD）相互作用，这些观察结果提示旁斑可能参与了转录延伸过程。
近期研究与NEAT1和DBHS蛋白参与基因激活的观点一致。DBHS蛋白被报道以NEAT1依赖的方式与ArId1B相互作用，ArId1B是cBAF型SWI/SNF染色质重塑复合体的一个关键组分，能通过增加转录因子结合位点的可及性来促进基因表达。敲低NEAT1或ArId1B会破坏旁斑与SWI/SNF复合体的关联，并导致转录和选择性剪接事件的全局性扰动。
旁斑与活性染色质的物理相互作用在概念上不同于转录凝聚体。超分辨率结构光照明显微镜（SIM）显示，旁斑位于活性染色质相邻的染色质间区域，这表明了一种染色质组织的“伴随”模型。相比之下，转录凝聚体则通过其序列特异性DNA结合域或固有无序区更直接地“作用于”染色质，招募RNA聚合酶II和共激活因子到特定的增强子-启动子环上，属于“直接作用”模型。
与活性染色质的相互作用：新兴的研究重点
最近，DBHS蛋白NONO被证明可通过其PWWP2结构域结合并变构激活关键的组蛋白H3K36甲基转移酶NSD1。H3K36me2是界定活性染色质域边界的标志。敲低NONO会导致H3K36me2的全局性减少，而通过CRISPR干扰（CRISPRi）敲低NEAT1部分模拟了H3K36me2的缺失，这提示旁斑参与了NSD1的激活。在胚胎干细胞中，NSD1的缺失会完全阻断神经发育基因的激活和神经分化，而NONO的缺失在胚胎干细胞向神经祖细胞（NPC）分化过程中部分模拟了NSD1缺失的表型。
值得注意的是，一些研究表明NEAT1也可以通过与其抑制性染色质调节因子（如EHMT1和EZH2）的相互作用来驱动基因抑制。然而，这些研究大多未指明涉及哪种NEAT1亚型，因此难以阐明旁斑是否直接参与了基因抑制。由于NEAT1_2/旁斑始终存在于常染色质区的染色质间空间，很可能是不依赖于旁斑的、扩散的NEAT1_1群体在某些基因座参与了抑制。
由于旁斑的组装浓缩了DBHS蛋白的核内定位，剩余的核质扩散群体可能会减少，从而影响基因表达。有观点认为，扩散的SFPQ可促进RNA特异性腺苷脱氨酶B2（ADARB2）基因的转录，而旁斑组装会隔离SFPQ，导致其与ADARB2启动子的结合减少，最终抑制ADARB2的表达。因此，旁斑可能通过调节染色质调节因子的聚集态与自由扩散态的比例来间接影响基因表达。
NEAT1和DBHS蛋白的遗传病变：未解的疾病机制
除了在基础分子和细胞过程中的生物学意义外，NEAT1和DBHS蛋白在人类病理状况中的因果作用日益得到认识。NONO和SFPQ的若干基因突变会导致神经系统疾病。然而，迄今为止，尚未有NEAT1或PSPC1的遗传病变被报道与人类先天性疾病相关。
关于旁斑在发育和疾病中的功能存在争议。小鼠遗传学研究表明，NEAT1对于发育是非必需的，但约一半的雌性小鼠在卵巢发育过程中表现出黄体形成缺陷。虽然NEAT1基因敲除（KO）小鼠的宏观大脑形态正常，但这些动物表现出对应激的行为反应异常，提示旁斑参与了发育后的神经回路形成。
与NEAT1不同，NONO突变在人类中已被充分证明会导致X连锁综合征性智力障碍34型（MRXS34）。MRXS34患者患有智力障碍并表现出罕见的巨脑畸形。有趣的是，NSD1杂合突变也会导致人类Sotos综合征患者的巨脑畸形和智力障碍。然而，NSD1+/-或NONO-/y小鼠并未出现人类患者中标志性的巨脑畸形，这揭示了人类与小鼠神经发育之间的关键差异。
除了NONO功能缺失突变外，一个特别有趣的案例是NONOP459A错义突变，该突变在某些个体中引起心脏过度生长的混合表型，并在所有患者中导致一致的智力障碍。值得注意的是，该突变体表现出NONO的扩散核定位，从旁斑中减少。这提出了一种可能性，即某些错义突变通过破坏旁斑结构来模拟NEAT1功能缺失，而非消除NONO的所有功能。
SFPQ在脊椎动物发育中是一个必需因子。小鼠中SFPQ的完全敲除会导致早期胚胎致死，并伴有大脑和肌肉发育的严重缺陷。人类遗传学中的一个标志是，在家族性和散发性肌萎缩侧索硬化症（ALS）中发现了SFPQ错义突变。据报道，家族性ALS突变（如SFPQ中的N533H和L534I）增加了其卷曲螺旋结构域中的锌结合，导致SFPQ在神经元胞质中聚集。另一方面，有报道称NEAT1在ALS患者中表达上调，提示ALS神经元中旁斑组装增加。
PSPC1仍然是DBHS家族在人类疾病背景中特征最少的成员。虽然小鼠和人类细胞研究暗示PSPC1参与如脂肪生成和癌症进展等过程，但其在发育障碍中的作用尚不清楚。
结论与展望：未解问题与局限
自从大约二十年前首次发现旁斑以来，通过生化 pulldown、蛋白质组学和先进显微镜技术，对其组成和核内空间组织进行了严格的表征。然而，显著的知识缺口依然存在。
在分子水平上，使用解离的细胞核进行生化 pulldown 不可避免地会破坏旁斑的天然环境。虽然生化证据指出旁斑与活性染色质之间存在物理关联，但显微镜和结构证据仍然缺乏。在细胞水平上，NEAT1_2的表达是如何被转录调控的，是理解旁斑在不同细胞类型或同一细胞类型内细胞间变异中确切作用的关键问题。在DBHS蛋白中，PSPC1是旁斑组装中唯一冗余的成员，尽管它具有相同的交换速率和形成异源二聚体的结合动力学。虽然NEAT1_1缺乏组装DBHS蛋白和旁斑的中段结构域，但它确实同时存在于旁斑和核质中，可能发挥依赖于旁斑和不依赖于旁斑的双重作用。
在生理水平上，NEAT1基因敲除小鼠缺乏强烈的发育表型，表明旁斑在自然发育过程中是非必需的，尽管NEAT1-KO小鼠表现出某些发育后的行为偏差。然而，NONO突变引起的小鼠和人类遗传学在巨脑畸形和神经表型上的差异，提示旁斑可能在人类神经发育中起着与小鼠不同的调控作用。对潜在的功能分离突变体（如NONOP459A）与人类NEAT1功能缺失研究进行并行表征和分析，将是剖析DBHS蛋白的旁斑依赖性功能的关键研究策略。
总体而言，过去二十年的工作对旁斑的生物发生取得了显著的理解，但也提出了更多引人入胜的问题。与应激颗粒等其他宏观生物分子凝聚体相比，旁斑的组成相对明确。基于当前的基础，旁斑生物学的进展有望进一步证实其作为活性染色质状态功能枢纽的作用，并为理解核内和细胞內凝聚体生物学提供更广阔的视角和普适性原理。
