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【文献速递】系统性分析RNA和蛋白质亚细胞定位动力学

虽然RNA和蛋白质的亚细胞动力学是细胞稳态的关键决定因素，但它们的表征仍然具有挑战性。在这里，我们提出了一个整合的框架，通过结合两种方法在亚细胞分辨率下同时询问转录组和蛋白质组的动力学:RNA的定位(LoRNA)和基于密度的同位素标记定位(dLOPIT ),以将RNA和蛋白质映射到细胞器(细胞核、内质网和线粒体)和无膜区室(胞质溶胶、核仁和胞质颗粒)。一次询问所有的RNA亚细胞位置使得RNA比例分布的全系统量化成为可能。在未折叠蛋白反应期间，我们获得了31，839个转录物和5，314个蛋白的全细胞定位动力学概述，揭示了内质网定位的转录物比胞质RNA更有效地募集到胞质颗粒，并且翻译起始因子eIF3d是维持细胞骨架功能的关键。总之，我们提供了迄今为止最全面的RNA和蛋白质亚细胞定位动力学概述。

在这篇文章中，我们开发了这样一个框架，返回转录组和蛋白质组的同时细胞范围的空间概述。为了能够建立这一框架，我们首先开发了一种转化方法来研究RNA(称为LoRNA)的全细胞亚细胞定位。LoRNA建立在细胞内容物的减少和重建的原则上来研究RNA的定位。它包括根据亚细胞成分的密度对其进行重新排序，对不同密度部分的RNA丰度分布图进行量化，并使用定位特异性RNA相关分布图来确定完整转录组的亚细胞定位。重要的是，与以前估计定位特异性富集的方法不同，LoRNA允许估计每个定位中的RNA比例，提供了更多有生物学意义的信息。其次，我们设计了LoRNA，使用一种新的同位素标记简化蛋白质定位(LOPIT5，6)方法，允许同时询问亚细胞蛋白质组，我们称之为基于密度的LOPIT (dLOPIT)。

这种在细胞范围内定量RNA和蛋白质分布的综合方法对研究分子再定位过程特别有价值。因此，我们选择检测RNA和蛋白质在未折叠蛋白反应(UPR)激活过程中的重新分布。UPR由内质网(ER)腔中未折叠蛋白的积累触发17。它的激活降低了整体蛋白质合成速率，导致靶向内质网的RNA丢失、应激颗粒(SGs)的形成和应激反应基因的上调18。重要的是，UPR失调与疾病状态有关，包括神经退化19、癌症进展20和糖尿病21。结合LoRNA和dLOPIT，我们同时定量了UPR激活后转录组和蛋白质组的广泛重组以及由此产生的翻译抑制，包括内质网RNA的丢失和分泌途径蛋白质的再定位。我们的综合方法使得在我们的多组学框架中发现胞质颗粒成为可能，并揭示了ER定位的RNA在比以前认为的更大程度上被募集到颗粒中22，23，24。我们的数据还表明，在UPR过程中，编码细胞骨架蛋白的RNA被保留并靶向细胞器的外围，这一过程涉及eIF3d。重要的是，虽然信使RNA在UPR激活时经历了深刻的亚细胞重组，但具有相同特性(例如，大小和核苷酸组成)的非编码RNA却没有，这表明反式因子在决定RNA定位中的重要性。总之，这种独特的整合方法使我们能够对RNA和蛋白质细胞范围的定位动态进行迄今为止最全面的分析，使用专用的开源资源25，26可以很容易地进行探索。

System-wide analysis of RNA and protein subcellular localization dynamics

https://www.nature.com/articles/s41592-023-02101-9