可变多聚腺苷酸化（alternative polyadenylation，APA）是真核细胞中广泛存在的mRNA 3’端加工方式。通过选择不同的poly(A)位点，同一基因可生成具有不同3’非翻译区（3’UTR）的转录本，进而影响mRNA加工、稳定性、亚细胞定位与翻译等过程。近年来，液-液相分离（liquid?liquid phase separation，LLPS）介导形成的生物分子凝聚体（biomolecular condensate）或无膜细胞器（membraneless organelle）被证实可通过局部富集反应组分调控RNA代谢。然而，哺乳动物细胞中是否存在功能特化的APA调控无膜细胞器，目前仍不清楚。

近日，同济大学生命科学与技术学院/附属妇产科医院戴鹏教授团队联合武汉大学周宇教授团队的研究成果“LENG8 granule regulates alternative polyadenylation in mammals”在线发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。该研究发现并鉴定出一种此前未被报道的核内无膜细胞器——LENG8 granule（G granule），揭示其通过LLPS募集切割与多聚腺苷酸化（cleavage and polyadenylation，CPA）因子并促进CPA加工“机器”组装，进而驱动近端poly(A)位点使用的分子机制。研究进一步证实，该过程受YTHDC1?m?A调控，并且与核内RNA加工中心核斑（nuclear speckle）协同发挥功能。

研究团队首先利用生物素标记的异恶唑（biotinylated isoxazole，b-isox）筛选小鼠睾丸组织中具备潜在相分离能力的蛋白，最终锁定含有低复杂性/内在无序序列的蛋白LENG8。细胞与组织水平成像结果显示，LENG8可在细胞核内形成独立于核斑、核仁等已知凝聚体的无膜细胞器LENG8 granule（G granule）。LENG8缺失会在雄性小鼠生殖细胞及多种培养细胞中引发广泛的靶基因mRNA 3’UTR延长。机制研究发现，LENG8可与CPSF4、FIP1L1、CPSF2等多个CPA因子相互作用，促进CPA复合体在LENG8 granule中的组装。

另一方面，LENG8靶基因mRNA的近端poly(A)位点附近富集m?A修饰。核内m?A阅读蛋白YTHDC1可直接结合LENG8，并参与LENG8 granule的形成/维持及靶基因mRNA选择。破坏LENG8相分离能力后，其促进近端poly(A)位点选择的能力明显下降，且无法挽救LENG8缺失导致的3’UTR延长，表明LENG8相分离能力以及LENG8 granule的结构完整性对于APA调控至关重要。此外，LENG8 granule与核内RNA加工枢纽核斑之间存在空间毗邻关系与功能耦联，参与界定并介导核斑周边区域部分RNA 3’端加工过程。

为探究LENG8及LENG8 granule的生物学功能，研究团队构建了睾丸组织特异性的Leng8敲除小鼠模型。结果显示，LENG8缺失导致精子发生阻滞于减数分裂细线期/偶线期并造成雄性不育。在正常精子发生过程中，LENG8靶基因mRNA 3’UTR呈现渐进式缩短特征，同时伴随LENG8 granule增大以及CPA因子与YTHDC1的募集增强。这些结果印证了该调控机制的保守性及其在小鼠精子发生过程中的重要生理作用。

综上，该研究发现了哺乳动物中一种全新的mRNA 3’端加工调控因子，揭示了新型无膜细胞器LENG8 granule调控APA的分子机制与生物学功能。该工作不仅拓展了对mRNA 3’端加工空间组织机制的认识，也为理解无膜细胞器如何参与细胞类型和发育阶段特异性的基因表达调控提供了新的研究方向。

LENG8 granule调控APA的作用机制模型

同济大学生命科学与技术学院博士研究生吴志诚、武汉大学博士研究生杜辰、博士后李胤铭为论文共同第一作者；同济大学生命科学与技术学院/附属妇产科医院戴鹏教授和武汉大学周宇教授为论文共同通讯作者。该研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的资助。