生物分子凝聚体，一个“陌生”的名词。在这个学术研讨会的现场，很多人甚至都没有听说过这个概念。

5月8日～9日，以“生物分子凝聚体”为主题，西湖大学生命科学学院和西湖实验室（生命科学和生物医学浙江省实验室）联合举办了一场学术研讨会。这也是西湖实验室获浙江省政府批准成立后举办的第一次大型学术会议，超过300人通过线下或线上的方式参会。

德克萨斯大学西南医学中心生物物理学系主任、霍华德休斯医学研究院研究员Michael Rosen博士，作为该领域的先驱者之一发表线上主旨报告，开启了这场为期两天的交流与讨论。在他之后，来自国内10个高校与科研机构的17位专家学者，探讨了生物分子凝聚体参与的基础生命活动、各种生理和病理过程。

这是一个稍显“小众”的新方向，但似乎又是一个“全能”型选手。

为什么这么说？在速览几位专家的分享之前，我们先来快速认识一下“分子凝聚体”这个名词。

【名词解释】生物分子凝聚体

大家都知道，在自然界中，水分子常以气态、液态和固态三种状态存在。比如，水能在外部环境改变的情况下凝结成冰，这类从液态变成固态的现象，我们称之为液-固相变；又比如，食用油滴进入水之后，两种液体不能相容，产生分离，这种现象我们称之为液-液相分离。

与水类似，在我们肉眼看不见的细胞内部，构成生命基础的生物分子也存在不同的“相”，及其相互改变的过程。

细胞内部的分子由于多价弱相互作用聚集在一起而发生相变，产生类似“液滴”的物质，称为生物分子凝聚体。通过“相分离”，这些液滴可以与细胞内其他物质区隔开来。凝聚体形成之后并不是一成不变，随着外部环境的变化和内部结构的调整，凝聚体也会随之改变。

那么，为什么说它“小众”？

生物分子凝聚体（biomolecular condensates）这个领域的研究十分新颖，直到近几年才逐渐走入生物学家的视线，开始系统研究的时间甚至不到10年。

那又为什么说它“全能”呢？

科学家们观测到，一些异常的相分离现象存在于一些神经退行性疾病中，如阿尔兹海默症、帕金森病和渐冻症等。各类蛋白质聚集是神经退行疾病的典型特征，而相分离的过程可能参与了疾病发生的各个阶段。找到参与相变或者相分离的核心成分，搞清楚里面的分子机制，或许能为相关疾病治疗提供一些新的可能。

此外，生物分子凝聚体通过“相分离”的方式，参与着人体的许多生理学活动。它不仅仅有可能导致神经退行性疾病、肿瘤等，也和细胞及生物体的正常生命活动息息相关。

西湖大学生命科学学院PI杨培国博士说：“生物分子凝聚体并不是一个全新的发现或者是一个具体的问题，而是在生命科学发展的基础上提出的一个新视角、新理论框架，这是一个涵盖生命科学、化学、物理学等多领域的交叉学科，应用前景也十分广阔。”

【报告笔记】无处不在的分子凝聚体

染色质是如何组装的？

Michael Rosen 德克萨斯大学西南医学中心生物物理学系主任、霍华德休斯医学研究院研究员

Michael Rosen博士是生物分子凝聚体领域的领军专家学者。生命的很多现象离不开各种酶促反应，而Rosen博士在线上主旨报告中用两个例子（Nephrin-Nck-N WASP, FKBP-FRB-Rapamycin）证明了凝聚体的形成可以促进信号通路级联反应，显著提升液滴内酶活反应效率。

此外，Rosen博士介绍了课题组最新的研究进展：液-液相分离介导的染色质组装机制。

染色体的组装一直是学术界的一个重要问题，仍有许多空白未知。Rosen博士的工作首次表明，构成染色质的核小体能够通过乙酰化修饰状态的调控招募Bromo结构域阅读器（Reader）蛋白，在细胞核内形成新的液相，动态调控染色质组装，为深入理解染色质的组装提供了新见解。

凝聚体会导致帕金森病吗？

刘聪 中国科学院上海有机所

刘聪博士采用结构生物学的手段，分析了引起帕金森病的关键致病蛋白α-synuclein及多个致病性突变体形成蛋白聚集的原子水平结构，从结构生物学的角度揭示了α-synuclein纤维化聚集的分子基础。

帕金森病具有家族遗传属性，目前已经发现多种a-synuclein的突变，而且不同类型的突变可以引起不同程度的神经毒性和损伤。刘聪博士的工作发现，不同氨基酸位点的突变可以导致不同类型的蛋白质折叠构象，形成不同类型的蛋白质聚集体。

这种异常的蛋白质相变引起的凝聚体，与疾病的发生息息相关，将这些蛋白聚集体注射到小鼠的脑部，可以引起类似帕金森的症状。

同时，刘聪博士关于蛋白折叠过程中的能量图景（Energy landscape）转变的讨论，也提示大家从更基础的角度去理解人脑中液体-固体相变的意义，可以为相关退行性疾病的治疗带来新的思路和手段。

细胞的骨架是什么样的？

朱学良 中科院上海分子细胞科学卓越创新中心/上海生化细胞所

朱学良研究员的最新研究主要关注液-液相分离如何影响细胞骨架功能网络的形成，围绕肌动蛋白（Actin）结合相关的abLIM1做了一系列系统性的工作。他们发现abLIM1可以发生液-液相分离现象。LIM结构域缺失突变体可以自我组装形成平面F-actin网络，作为形核中心，如分子胶水一样将多根微丝粘连成捆。朱学良研究员的报告为我们理解细胞骨架这一基本结构的形成增加了新的认识。

肿瘤免疫治疗产生耐药性怎么办？

孙书国 华中科技大学

肿瘤免疫治疗为战胜癌症提供了新的武器，然而在治疗过程中，一定程度上会发生治疗的耐受性。孙书国博士的研究，发现参与耐受性的关键通路蛋白YAP可以发生相变，生成生物分子凝聚体。而过多YAP凝聚体的形成，与耐受性的产生密切相关，抑制YAP凝聚体形成可以成为潜在的癌症干预新手段。

干扰某种凝聚体会影响发育异常？

温文玉 上海复旦大学

温文玉博士的工作以果蝇为研究模型，系统阐释了参与神经母细胞的不对称分裂的生物分子凝聚体。这些蛋白凝聚体可以不对称地分布在细胞的两极，在神经细胞的分化这一生理过程中发挥重要作用。干扰这些蛋白凝聚体的形成可以导致神经细胞分化的异常，为生物分子凝聚体在个体发育中的生理过程中的作用提供了很好的阐释，也表明相变介导的凝聚体不仅与退行疾病、肿瘤等疾病相关，也与细胞及生物体正常生命活动的运转息息相关。

为什么人在睡觉时，神经突触会变小？

张明杰 南方科技大学生命科学学院院长、中科院院士

人的大脑有百亿计的神经元细胞，这些神经细胞有着复杂而密切的连接和信号传导，是人类的思维和聪明才智的基础。

在过去几十年里，张明杰院士的工作阐释了各类参与神经突触的蛋白组分和其结构基础，然而这些蛋白是如何形成蛋白致密的神经突触的呢？原来这些蛋白之间通过紧密的相互作用，引发了相分离，“沉积”到脂质膜表面，参与神经递质的信号传导。

有趣的是，人在睡觉的时候，神经元的突触是会变小的。张明杰院士也发现，睡觉时的某些分子水平的变化可以调节突触蛋白的相变能力，与神经突触的这一高度动态性密切相关。所以相分离是突触形成的关键机制，而进一步探讨这一机制，可以为人的思维和意识等问题的研究提供潜在的新思路。

如果细胞受了“刺激”会怎样？

杨培国 西湖大学生命科学学院

当细胞处于应激状态时，细胞质中会产生液滴状的无膜结构，即“应激颗粒”。应激颗粒的产生对于细胞在不利状态下维持生存至关重要。杨培国博士通过多系统筛选，确定了应激颗粒形成组装过程中的核心蛋白网络，并进一步精确找到了核心蛋白网络中最核心的蛋白-G3BP1/2。

当细胞内缺少G3BP1/2时，亚砷酸盐处理引起的应激颗粒完全不能形成。针对这一现象，杨培国博士全面系统地证实了G3BP1与RNA的液-液相分离是如何一步一步引起了应激颗粒的组装。杨培国博士还进一步探讨了G3BP1相分离与病毒感染复制的关系，为我们在更多领域理解相分离的功能打开了更宽广的视野。

如何更好地将遗传信息传给下一代？

欧光朔 清华大学

欧光朔博士以线虫为模型，从发育生物学的角度，给我们带来了一场关于相分离是如何影响亲代向子代传递遗传信息的学术报告。他的工作发现在线虫精子发生过程中，亲代蛋白SPE-11可以形成凝聚体， SPE-11颗粒会逐渐成熟，在核周形成一个环状结构，并在此处招募精子细胞中的RNA，RNA的流入反过来进一步促进SPE-11的相分离。当SPE-11突变时，雄性线虫一些重要的mRNA水平发生下降，提示SPE-11与精子RNA的相分离组装有利于将亲代遗传信息传递至子代。

从帕金森病到阿尔兹海默症，人类对于神经退行性疾病的认知仍然十分有限；从遗传到发育，在生命这本“教科书”中，我们还有太多无法解释的现象。

也许，生物分子凝聚体——这个势头正劲的新方向，能让我们获得一个全新的视角，去理解包括疾病在内的各种生命活动。

本次大会，与会的专家学者来自各个不同领域，为我们带来了一场既有深度又有广度的前沿学术盛宴。报告主题的多样化，体现了分子凝聚体在基本生命现象中的重要作用；老师和同学们的积极参与和互动，也展现了大家对于希望通过分子凝聚体来解释更多基本生命现象的期待。

“西湖大学一直以来都非常支持学科交叉的理念与实践，而分子凝聚体正是这样一个从诞生之初就极具交叉性的基础研究方向。”细胞生物学讲席教授、西湖大学生命科学学院院长于洪涛说，这次研讨会选择生物分子凝聚体为主题，贯通了基础研究的多个方向与实际应用，为从事不同课题的学者搭建了一个探讨的平台，也为不同学科的博士研究生带来不一样的启发。

而这种国际化的、聚焦前沿研究的沉浸式交流机会，正是西湖大学在实验室与课堂之外为师生们打造的又一种“获得感”。

2021生物分子凝聚体研讨会报告主题

Keynote Speaker: Michael Rosen 德克萨斯大学西南医学中心

Cellular Organization Through Liquid-liquid Phase Separation 

1、刘聪 中科院生物与化学交叉研究中心

Structural Polymorphism of Pathological Amyloid Fibrils of α-syn in Parkinson’s Disease

2、文波 复旦大学

Cooperative Functions of Nuclear Matrix and Repeat RNAs in Chromatin Compartmentalization

3、李丕龙 清华大学

The Topology Chromatin in Repressive and Active Transcription Condensates 

4、姚雪彪 中国科学技术大学

Regulation of Mitotic Spindle Plasticity by Phase Separation 

5、朱学良 中国科学院生物化学与细胞生物学研究所

Shaping Cytoskeletal Networks through Protein Phase Separation

6、温文玉 复旦大学

Phase Separation in Regulating Asymmetric Cell Division

7、俞洋 中国科学院生物物理研究所

Phase Separation Facilitates Pcf11-mediated Transcriptional Termination of RNA Polymerase II

8、孙书国 华中科技大学同济医学院

YAP Phase Separation and Transcription Activation

9、吝易 清华大学

An Investigation into Molecular Mechanisms underlying Phase Separation

10、沈晓骅 清华大学

Phase Separation of RNA-binding Protein Promotes Polymerase Engagement and Transcription

11、张宏 中国科学院生物物理研究所

Phase Separation Specifies Autophagic Degradation and Stress Adaptation of Protein Condensates

12、张明杰 南方科技大学

Phase Separation in Synapse Formation and Function

13、施蕴渝 中国科学技术大学

Phase Separation Causes by the Interaction of RNA Binding Protein hnRNPA1 with Telomere Long Non-coding TERRA

14、杨培国 西湖大学

G3BP1 Phase Separation and Stress Granule Assembly

15、戚益军 清华大学

Phase Separation in Plant miRNA Processing

16、欧光朔 清华大学

A Parental Protein Undergoes Phase Separation to Assemble Sperm RNAs