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试图了解细胞的室内设计

你怎么想象我们细胞的内部?通常与小型工厂相比,细胞找到了智能和复杂的方式来组织他们的“内部”。大多数生物过程都需要细胞在适当的时间将其“员工”聚集在一起,例如蛋白质和核酸(如DNA)。基础科学研究所(IBS,韩国)软体和生命物质中心的科学家解释了体外由蛋白质和DNA组成的液体状液滴是如何形成的。目前,人们对了解产生这种液滴背后的分子机制非常感兴趣,因为它与一些人类疾病有关,例如肌萎缩侧索硬化症(ALS)。结果发表在“生物物理学杂志”上,表明DNA序列在形成这种液滴时有多重要。

就像墙壁将工厂分成几个部门一样,细胞具有脂质膜,将其空间分成细胞器。然而,在过去的10年中,科学家已经意识到,一些未被膜包围的细胞区室,也称为无膜细胞器,表现得像致密的液滴。有点像在开放空间办公室开会工作的团队,这些是具有特定任务的动态组件。然而,这些无膜细胞器如何组装,并且它们的含量受到影响尚不清楚。为了回答其中的一些问题,IBS的科学家测试了不同的DNA序列是如何形成液滴的,这是一种由单一重复氨基酸制成的简单蛋白质;赖氨酸(聚-L-赖氨酸)。两者收费相反,因此互相吸引,但仍能保持解决方案。

IBS团队比较了双链和单链DNA。双链DNA被扭曲成螺旋状的螺旋形楼梯。楼梯的每个步骤由两个键合的核苷酸制成:腺苷与胸苷(AT)和鸟嘌呤与胞嘧啶(GC)。由于其螺旋结构,双链DNA非常坚硬,并且通常被建模为刚性杆。相比之下,单链DNA - 垂直方向上一半的楼梯,具有不成对的核苷酸 - 更灵活。“这是一个令人沮丧的时期,大约两年前,我们想要形成一个含有双链DNA和聚L-赖氨酸的模型液滴系统,”该研究的主要贡献者Anisha Shakya回忆道。“两者一直在聚集并沉淀。另一方面,单链DNA很容易形成液滴。”这个结果虽然一开始令人沮丧,但导致Shakya寻求更深层次的解释。

参与该研究的两位IBS研究人员发现,即使两个DNA分子之间的总电荷相同,DNA序列也最终决定了液体状液滴的稳定性和外观。“由于DNA分子的刚性可以根据其核苷酸序列进行微调,我们比较了具有相同变化密度但序列不同的DNA分子,”John T. King解释道。例如,仅具有T的单链DNA能够比仅具有A的单链DNA更容易形成液滴。原因是poly(T)比poly(A)更柔韧。一致地,已知富含A和T的双链DNA比聚(GC)更硬,并且需要添加更多的盐以获得液滴。该团队还证明,三磷酸腺苷(ATP)通常作为细胞中的燃料来源,促进液体状液滴的形成。聚L-赖氨酸和双链DNA的混合物通常在低盐浓度下沉淀,在ATP存在下容易形成稳定的液体状液滴。这是检验核酸灵活性如何影响液 - 液相分离的完美平台。“最令人着迷的部分是想象细胞如何利用这种依赖序列的信息来指导和调节体内液 - 液相分离,”Shakya总结道。

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