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试图了解细胞的室内设计

文章作者:www.cs-vaccine.com发布时间:2020-01-30浏览次数:1969

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”。大多数生物过程需要细胞在合适的时间将其“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)软件和生物质研究所的科学家们解释了液体蛋白质和DNA液滴是如何在体外形成的。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)。发表在生物物理科学杂志上的结果显示了DNA序列在形成这种液滴中的重要性。

正如墙壁将工厂分成几个部门一样,细胞也有一个脂质膜,将它们的空间分成细胞器。然而,在过去的10年中,科学家已经意识到,一些细胞区室,也称为无膜细胞器,没有被膜包围,表现得像致密的水滴。这有点像在开放空间办公室工作的团队,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其含量受到影响尚不清楚。为了回答其中一些问题,IBS科学家测试了不同DNA序列如何形成液滴,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)。这两种指控是相反的,因此它们相互吸引,但仍然保持着解决方案。

IBS团队比较了双链和单链DNA。双链DNA被扭曲成螺旋形螺旋楼梯。楼梯的每一步由两个键合的核苷酸组成:腺苷和胸苷(AT)和鸟嘌呤和胞嘧啶(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 - 垂直方向的一半楼梯,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。 “这两者一直在聚集和沉淀。另一方面,单链DNA很容易形成液滴。”虽然这个结果一开始令人沮丧,但它导致Shakya寻求更深层次的解释。

参与该研究的两名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滴的稳定性和外观。 “因为DNA分子的刚性可以根据其核苷酸序列进行微调,我们将DNA分子与相同的变化密度进行了比较,但不同的序列,”John T. King解释道。例如,仅具有T的单链DNA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)经常被用作细胞中的燃料来源,以促进液滴的形成。聚L-赖氨酸和双链DNA的混合物通常在低盐浓度下沉淀,并且在ATP存在下容易形成稳定的液滴。这是测试核酸柔韧性如何影响液 - 液相分离的完美平台。 “最令人着迷的部分是想象细胞如何使用这种依赖序列的信息来指导和调节体液 - 液相分离,”Shakya总结道。