試圖了解細(xì)胞的室內(nèi)設(shè)計(jì)

你怎么想象我們細(xì)胞的內(nèi)部?通常與小型工廠相比，細(xì)胞找到了智能和復(fù)雜的方式來組織他們的室內(nèi)設(shè)計(jì)。大多數(shù)生物過程需要細(xì)胞在合適的時(shí)間將蛋白質(zhì)和核酸(如DNA)等結(jié)構(gòu)聚集在一起。基礎(chǔ)科學(xué)研究所(IBS，韓國)軟體和生命物質(zhì)中心的科學(xué)家們已經(jīng)解釋了如何在體外形成由蛋白質(zhì)和DNA組成的液體狀液滴。目前，人們對了解產(chǎn)生這種液滴背后的分子機(jī)制非常感興趣，因?yàn)樗c一些人類疾病有關(guān)，例如肌萎縮側(cè)索硬化癥(ALS)。結(jié)果發(fā)表在“ 生物物理學(xué)雜志”上，顯示了DNA序列在這種液滴形成中的重要性。

就像墻壁將工廠分成幾個(gè)部門一樣，細(xì)胞具有脂質(zhì)膜，將其空間分成細(xì)胞器。然而，在過去的10年中，科學(xué)家已經(jīng)意識到，一些未被膜包圍的細(xì)胞區(qū)室，也稱為無膜細(xì)胞器，表現(xiàn)得像致密的液滴。有點(diǎn)像在開放空間辦公室開會工作的團(tuán)隊(duì)，這些是具有特定任務(wù)的動態(tài)組件。然而，這些無膜細(xì)胞器是如何組裝的，并且它們受其含量的影響尚不清楚。

為了回答其中一些問題，IBS科學(xué)家測試了不同DNA序列如何與一個(gè)重復(fù)氨基酸制成的簡單蛋白質(zhì)形成液滴; 賴氨酸(聚-L-賴氨酸)。兩者收費(fèi)相反，因此互相吸引，但仍能保持解決方案。

IBS團(tuán)隊(duì)比較了雙鏈和單鏈DNA。雙鏈DNA被扭曲成螺旋狀的螺旋形樓梯。樓梯的每個(gè)步驟由兩個(gè)鍵合的核苷酸制成：腺嘌呤與胸腺嘧啶(AT)和鳥嘌呤與胞嘧啶(GC)。由于其螺旋結(jié)構(gòu)，雙鏈DNA非常堅(jiān)硬，并且通常被建模為剛性桿。相反，單鏈DNA - 垂直方向上的階梯的一半，具有不成對的核苷酸 - 更靈活。

“這是一個(gè)令人沮喪的時(shí)期，大約兩年前，當(dāng)我們想要形成含有雙鏈DNA和聚L-賴氨酸的模型液滴系統(tǒng)時(shí)，”該研究的主要貢獻(xiàn)者Anisha Shakya回憶道。“兩者一直在聚集并沉淀。另一方面，單鏈DNA很容易形成液滴。” 這個(gè)結(jié)果雖然起初令人沮喪，但導(dǎo)致Shakya尋求更深層次的解釋。

參與該研究的兩位IBS研究人員發(fā)現(xiàn)，即使兩個(gè)DNA分子之間的總電荷相同，DNA序列也最終決定了液體狀液滴的穩(wěn)定性和外觀。“由于DNA分子的剛性可以根據(jù)其核苷酸序列進(jìn)行微調(diào)，我們比較了具有相同變化密度但序列不同的DNA分子，”John T. King解釋道。例如，僅具有T的單鏈DNA比僅具有A的單鏈DNA更容易形成液滴。原因是poly(T)比poly(A)更柔韌。一致地，已知富含A和T的雙鏈DNA比聚(GC)更硬，并且需要添加更多的鹽以獲得液滴。

研究小組還證明，三磷酸腺苷(ATP)通常作為細(xì)胞的燃料來源，促進(jìn)液體狀液滴的形成。聚L-賴氨酸和雙鏈DNA的混合物通常在低鹽濃度下沉淀，在ATP存在下容易形成穩(wěn)定的液體狀液滴。這是檢驗(yàn)核酸靈活性如何影響液 - 液相分離的完美平臺。“最令人著迷的部分是想象細(xì)胞如何利用這種依賴序列的信息來指導(dǎo)和調(diào)節(jié)體內(nèi)液 - 液相分離，”Shakya總結(jié)道。

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