丰富的分子语言引导细胞中微小液滴的形成

窥视一个生物细胞，会发现一个熙熙攘攘的微观世界。这个领域的主力军是一种特殊的结构，称为细胞器，执行重要的细胞功能。奇怪的是，一些细胞器违反了公认的惯例：它们没有被封闭在保护膜内，而是没有膜，呈孤立的液滴形式。控制这些液滴形成的规则，一个被称为“液-液相分离”的过程，是一个新的、备受关注的研究领域

来自德克萨斯A&；M Engineering、特拉华大学和罗格斯大学发现，组成液滴中蛋白质的氨基酸（残基）以比目前公认的多得多的方式相互作用。它们表明，这些相互作用促进了蛋白质的组装，并最终促进了液-液相分离成液滴

研究人员在《自然化学》杂志上发表了他们的发现

他们的工作是朝着拓宽对细胞生物学的理解迈出的一步，开发涉及病理性蛋白质聚集体的疾病的治疗方法，如阿尔茨海默氏症和帕金森氏症，并创造新的生物工程软材料

最近在活细胞内发现的液滴首先是在一种土壤蠕虫秀丽隐杆线虫（C.elegans）的生殖细胞中发现的。在蠕虫的胚胎中，称为P颗粒的无膜结构起着重要的生殖功能。当进一步探索时，研究人员发现P颗粒缺乏膜，可以滴落、结合或溶解，具有与液体一样的特性。此外，这些P颗粒可以在果冻状细胞质中保持其完整性，就像水中的油滴一样

“2009年，从液滴状结构的出现来看，对细胞划分的思考发生了根本性的变化，”Artie McFerrin化学工程系教授、资深作者Jeetain Mittal博士说。“大多数生物学家开始接受相分离不是例外，而是生物细胞划分膜结合细胞器以外的功能单元的规则。”？有证据表明，内在无序的蛋白质或缺乏有序三维结构的蛋白质在相分离中可能是必不可少的。然而，协调相分离的无序蛋白质之间的相互作用尚未完全阐明

米塔尔实验室的研究生、主要作者Shiv Rekhi说：“我们仍然不清楚无序区域中的哪些氨基酸提供了相分离的驱动力。”。“我们想超越既定规则，仍然显示相分离，然后量化每个氨基酸对这一过程的贡献。”

在他们的研究中，该团队使用了一种合成的无序蛋白质，其氨基酸序列让人想起天然存在的蛋白质。然后，研究人员通过去除或添加特定类型的氨基酸来创建蛋白质变体，并评估是否仍会发生液滴凝结。他们与合作者一起进行了显微镜和浊度实验，以评估富含蛋白质的液滴的物理性质。最后，通过大规模模拟，Rekhi探索了蛋白质序列中氨基酸之间的原子相互作用如何转化为实验观察到的液滴的形成

Rekhi说：“一种普遍的观点是，酪氨酸和/或精氨酸是相分离所必需的。我们通过制造去除这些残基的蛋白质变体直接测试了这一点，我们仍然得到了相分离。”。“这项实验和许多其他类似的实验告诉我们，相分离可以在没有许多人们认为必要的残基的情况下发生。”

研究人员发现，12种蛋白质变体中，除一种外，其他所有变体都显示出相分离，这突出了组成无序蛋白质的氨基酸残基之间存在多重相互作用

米塔尔说：“一段时间以来，该领域的人们一直认为，一套有限的规则可以描述液滴的形成。我们已经证明，蛋白质序列中的一切都很重要。”。“我们的论文证明，相分离的分子语言要丰富得多，也更复杂。”

该研究的其他贡献者包括来自特拉华大学的Cristobal Garcia Garcia和Kristi L.Kiick博士；新泽西州立大学罗格斯分校的Mayur Barai和Benjamin Schuster博士