浸透圧ショック時のIGF2BPタンパク質の迅速なクラスタリングによるストレス顆粒の形成開始

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Biochim Biophys Acta Mol Cell Res.2020 Jul;:118795. S0167-4889(20)30153-1. doi: 10.1016/j.bbamcr.2020.118795.Epub 2020-07-12.

浸透圧ショック時のIGF2BPタンパク質の迅速なクラスタリングによるストレス顆粒の形成開始

Initiation of stress granule assembly by rapid clustering of IGF2BP proteins upon osmotic shock.

Wei-Jie Zeng
Chuxin Lu
Yuanyuan Shi
Chunyan Wu
Xinxin Chen
Chunmei Li
Jie Yao

PMID: 32668274 DOI: 10.1016/j.bbamcr.2020.118795.

抄録

ストレス顆粒（SG）は、ストレス応答時に翻訳停止したmRNAやRNA結合タンパク質の液-液相分離（LLPS）によって細胞質内に形成される膜なしの小器官である。このようなSG形成のメカニズムを解明するためには、SG形成の様子をリアルタイムでイメージングする必要があります。これまでに多くのSGタンパク質が同定されているが、SG形成時のリクルートの動態はよくわかっていない。ここで我々は、ライブセルイメージングと超解像イメージングを用いて、ヒト細胞内のSGアセンブリを可視化した。その結果、IGF2BPタンパク質は、浸透圧ストレス後、ほぼ瞬時に細胞内で微細なクラスターを形成し、その後、クラスターが融合し、G3BP1とTIA1がリクルートされることがわかりました。IGF2BP1の迅速なクラスタリングは、mRNA上のポリソームを安定化するエメチンで前処理した細胞では減少した。IGF2BP1のKH3/4ジドメインと内在性無秩序領域(IDR)がそのクラスタリングを媒介していることがわかった。超解像イメージングの結果、浸透圧ストレス後40秒でIGF2BPのクラスターがmRNAに関連して形成されていることが確認された。成熟した SG では、複数の poly(A) mRNA クラスターが IGF2BP1 によって形成された密な顆粒の外周と内部に関連していることが確認された。以上のことから、我々の知見は、IGF2BPタンパク質の急速なクラスタリングがSGアセンブリを開始する浸透圧ストレス時の新規な、多段階のLLPSプロセスを明らかにした。

Stress granules (SGs) are membraneless organelles formed in the cytoplasm by liquid-liquid phase separation (LLPS) of translationally-stalled mRNA and RNA-binding proteins during stress response. Understanding the mechanisms governing SG assembly requires imaging SG formation in real time. Although numerous SG proteins have been identified, the kinetics of their recruitment during SG assembly has not been well established. Here we used live cell imaging and super-resolution imaging to visualize SG assembly in human cells. We found that IGF2BP proteins formed microscopically visible clusters in living cells almost instantaneously after osmotic stress, followed by fusion of clusters and the recruitment of G3BP1 and TIA1. Rapid clustering of IGF2BP1 was reduced in cells pretreated with emetine that stabilizes polysomes on mRNA. The KH3/4 di-domain and an intrinsically disordered region (IDR) of IGF2BP1 were found to mediate its clustering. Super-resolution imaging confirmed the formation of IGF2BP clusters associated with mRNA at 40 s after osmotic stress. In mature SGs, multiple clusters of poly(A) mRNA were found to associate with the periphery and the interior of a dense granule formed by IGF2BP1. Taken together, our findings revealed a novel, multi-stage LLPS process during osmotic stress, in which rapid clustering of IGF2BP proteins initiates SG assembly.