利用生物相分离和相转化组装的生物凝聚体具有界面张力、粘弹性等物理性质，其与生物凝聚体的生理功能密切相关【1,2】。比如界面张力直接参与核仁组装、自噬小体形成等细胞过程【1】。界面化学研究发现位于两相间的界面可以通过吸附表面活性剂降低界面张力，进而调节一系列界面行为【3】。然而，目前仍不清楚是否存在调控细胞内生物凝聚体界面的天然表面活性剂因子。2023年4月24日，中国科学院生物物理研究所张宏课题组在Developmental Cell杂志在线发表了题为 Cellular proteins act as surfactants to control the interfacial behavior and function of biological condensates 的研究论文。该研究揭示了转录因子形成的凝聚体界面参与调控下游基因的转录起始，并发现细胞内多种蛋白因子以协同表面活性剂的方式调控转录因子凝聚体的界面性质及转录活性。这项工作中，研究者发现转录调节因子MLX通过TFEB负调控自噬-溶酶体通路活性。在MLX敲低的细胞中，调控自噬-溶酶体通路的关键转录因子TFEB的转录活性显著升高。TFEB通过结合含有CLEAR基序的染色质区域调控基因表达，CLEAR基序普遍存在于自噬-溶酶体相关基因的启动子区域。利用染色质免疫共沉淀 (ChIP) 实验，研究者发现在MLX缺失的细胞中，TFEB对含有CLEAR基序的自噬-溶酶体基因的启动子区域结合明显增强，表明MLX抑制TFEB与CLEAR基序的结合。然而，研究者在体外纯化了MLX及TFEB蛋白，并合成了含有CLEAR基序的DNA荧光探针，通过电泳迁移率（EMSA）实验发现MLX的加入并不会改变TFEB蛋白的DNA亲和力，这与ChIP实验的结果并不一致。课题组前期工作表明TFEB在细胞核中以相分离方式组装转录相关凝聚体【4】，研究者猜测MLX可能通过调控TFEB的相分离凝聚体进而调节基因转录。为验证该猜想，研究者检测了TFEB与MLX在细胞核中的定位情况，发现MLX与TFEB在细胞核中形成共定位的点状结构。通过在体外重构TFEB的相分离液滴，发现TFEB液滴可以在表面吸附CLEAR探针，而突变的CLEAR探针被TFEB液滴完全排斥。在相分离体系中加入MLX明显抑制了CLEAR探针在TFEB液滴表面的吸附，表明MLX以相分离依赖的方式调控TFEB的DNA亲和性（图1）。图1 MLX抑制TFEB液滴的对特异性DNA的结合为揭示MLX抑制TFEB凝聚体结合DNA靶点的分子机制，研究者检测了荧光标记的MLX与TFEB液滴的关系，发现MLX在TFEB液滴表面明显富集。该现象与表面活性剂在两相界面上的定向吸附相似，提示MLX可能起到TFEB液滴的特异性表面活性剂的功能。研究者利用微管实验（MPA）测定了TFEB液滴的界面张力，发现MLX可以降低TFEB液滴的界面张力，证实其的确是一种天然的表面活性剂。另一方面，野生型CLEAR探针同样可以降低TFEB液滴的界面张力，而突变型CLEAR探针完全没有影响，表明含有CLEAR的DNA序列同样是TFEB液滴的特异性表面活性剂。以上研究提示TFEB液滴的界面张力驱动其对目标基因中特异性DNA序列的结合，进而起始下游基因的转录；MLX以竞争性表面活性剂方式抑制TFEB液滴的界面张力，进而负调控其DNA亲和力及转录活性（图2）。图2 MLX和CLEAR探针以表面活性剂方式降低TFEB凝聚体的界面张力除MLX外，转录调节因子IPMK和MYC也被报道以依赖于TFEB的方式负调控自噬-溶酶体通路【4,5】。研究者发现IPMK和MYC同样抑制TFEB对目标基因启动子区域的结合。IPMK和MYC在细胞核中与TFEB凝聚体的点状结构共定位；体外重构实验也表明IPMK和MYC以依赖于相分离的方式调节TFEB凝聚体的DNA亲和力。通过MPA等实验，研究者发现IPMK和MYC在TFEB液滴表面富集，并降低TFEB液滴的界面张力，表明IPMK和MYC同样是TFEB液滴的特异性表面活性剂，通过抑制TFEB液滴的界面张力负调控其DNA亲和力及转录活性。上述结果表明MLX、IPMK和MYC以表面活性剂方式调节自噬-溶酶体通路的活性。但在研究者对细胞生物学表型进行定量统计时发现，三种表面活性剂蛋白对自噬-溶酶体通路的调控存在协同效应。研究者猜测MLX、IPMK和MYC可能是TFEB液滴的协同表面活性剂。在界面化学理论中，为将某一界面的界面张力降低到特定数值，混合使用两种以上表面活性剂，如果所需的表面活性剂总浓度低于任意一种单独使用的表面活性剂浓度，则这些表面活性剂被定义为协同表面活性，互相之间具有协同效应【3】。通过MPA等实验，研究者发现混合使用的MLX、IPMK和MYC，的确对降低TFEB液滴界面张力及DNA亲和力具有协同效应，完全符合协同表面活性剂的定义。此外，研究者还发现RUNX3和HOXA4同样以协同表面活性剂的方式，调节TAZ-TEAD4转录因子凝聚体的界面张力及DNA亲和力，表明该调控方式可能是一种普遍的分子物理机制。综上，本研究表明转录因子凝聚体的界面张力与其转录活性密切相关，细胞中的天然蛋白质可能以表面活性剂方式调控转录因子凝聚体的界面张力及转录活性，进而调控相关通路的活性。图3 MLX、IPMK和MYC以协同表面活性剂方式调控TFEB凝聚体的转录活性中国科学院生物物理研究所张宏实验室王峥副研究员是该论文通讯作者和第一作者，博士研究生杨春是共同第一作者，张宏研究员为资深作者。中科院力学所关东石研究员和国科大已毕业本科生李嘉琪参与了该项工作。https://doi.org/10.1016/j.devcel.2023.04.004制版人：十一
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