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新研究发现两种氨基酸是分子液相分离的

2020年9月15日,纽约-过去几年来,越来越多的证据表明,我们细胞内的分子可以自我组织成液滴,这些液滴像水里的油一样融合并分离,从而促进各种细胞活动。现在,纽约市立大学研究生中心高级科学研究中心的一个生物学家团队(CUNY ASRC)已经确定了氨基酸精氨酸和赖氨酸在促进液相性质及其调控中的独特作用。他们的发现今天可在《自然通讯》在线获得。

该过程被称为液-液相分离,该过程允许细胞内的某些分子自身克隆为无膜细胞器,以执行某些职责而不会受到其他分子的干扰。该机制还可以使分子产生多相液滴,该液滴类似于被水包围的一滴油中的一滴蜂蜜,以执行复杂的工作。

美国纽约市立大学纽约市立大学生物化学分校首席研究员兼研究生中心说:“这是一个非常令人兴奋的新研究领域,因为它揭示了核心的生物学功能,一旦失误,它可能是疾病的根源,尤其是ALS或阿尔茨海默氏症等神经退行性疾病。” CUNY ASRC结构生物学计划的实验室的Elbaum-Garfinkle进行了这项研究。“了解了单个氨基酸如何影响相行为后,我们可以开始研究液相分离中出了什么问题,这些问题可能会干扰正常的生物学功能,并可能设计出可以调节该过程的疗法。”

研究人员怀疑,精氨酸和赖氨酸-构成所有蛋白质的20个氨基酸中的两个-负责调节液相分离,但是他们不确定每个都如何促进相行为并产生差异。将分子隔离成单独的群落的粘度。

“精氨酸和赖氨酸在带正电荷方面是非常相似的氨基酸,但它们的结合能力不同。我们真的很想知道这种差异会对材料的材料性能(如粘度或流动性)产生什么影响形成的液滴”,该论文的第一作者,也是Elbaum-Garfinkle实验室的博士后Rachel Fisher说。“我们还想知道当精氨酸和赖氨酸系统结合时,这些差异如何表现出来。液滴会共存吗?当我们看到它们时,我们便想了解如何调节这种多相行为。”

为了回答他们的问题,Elbaum-Garfinkle的团队使用了一种称为微流变学的技术-使用微小的示踪剂探测材料结构-跟踪和研究精氨酸和赖氨酸液滴的性质。他们发现,富含精氨酸的液滴的粘度是富含赖氨酸的液滴的100倍以上,这与浓稠的糖浆或番茄酱和油之间的差异相当。粘度差足够大,以至于如果将赖氨酸和精氨酸聚合物结合在一起,它们就不会混合。取而代之的是,它们会产生多相液滴,就像荷兰的嵌套娃娃一样,它们相互之间位于彼此之间。另外,精氨酸具有如此强的结合特性,以致在某些条件下它可以与赖氨酸竞争并取代或溶解赖氨酸液滴。研究人员进一步确定了调节两个阶段竞争与共存之间平衡的方法。结果提供了一种设计,控制或干预分子液相的新颖机制。

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