试图理解细胞的内部设计

你如何想象我们细胞的内部？通常，与小型工厂相比，细胞会找到智能和复杂的方式来组织它们的“内部”。大多数生物过程都需要细胞在合适的时间聚集它们的“雇员”，如蛋白质和核酸(如DNA)。韩国基础科学研究所(IBS)软件和生命材料中心的科学家解释了由蛋白质和DNA组成的液滴是如何在体外形成的。目前，人们对了解这种液滴产生背后的分子机制非常感兴趣，因为它与一些人类疾病有关，如肌萎缩侧索硬化症(ALS)。发表在《生物物理学杂志》上的结果表明，DNA序列在这种液滴的形成中是多么重要。

就像墙壁将工厂分成几个部门一样，细胞也有脂质膜，将它们的空间分成细胞器。然而，在过去的10年里，科学家们意识到，一些没有被膜包围的细胞隔间，也称为无膜细胞器，其行为类似于致密的液滴。有点像团队会议和在开放空间办公室工作，这些是具有特定任务的动态组件。然而，尚不清楚这些无膜细胞器是如何组装的，以及它们的含量是如何受到影响的。为了回答其中的一些问题，IBS的科学家们测试了不同的DNA序列如何形成液滴，液滴是由单一重复氨基酸组成的简单蛋白质；赖氨酸(多聚赖氨酸)。两种电荷相反，所以相互吸引，但仍能保持溶液。

IBS团队比较了双链和单链DNA。双链DNA被扭曲成螺旋楼梯。阶梯的每一步都由两个结合的核苷酸组成：腺苷和胸苷(AT)以及鸟嘌呤和胞嘧啶(GC)。由于其螺旋结构，双链DNA非常坚硬，通常被建模为刚性棒。相比之下，单链DNA——垂直方向一半的楼梯，带有不成对的核苷酸——更灵活。“这是一个令人沮丧的时期。大约两年前，我们希望形成一个包含双链DNA和多聚赖氨酸的模型液滴系统，”该研究的主要贡献者Anisha Shakya回忆道。“两者一直在聚集和沉淀。另一方面，单链DNA很容易形成液滴。”虽然这个结果起初令人沮丧，但它导致夏克亚寻求更深层次的解释。

参与这项研究的两名IBS研究人员发现，即使两个DNA分子之间的总电荷相同，DNA序列最终也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，所以我们比较了变异密度相同但序列不同的DNA分子，”John T. King解释道。例如，只有T的单链DNA比只有A的单链DNA更容易形成液滴.原因是聚(T)比聚(A)更柔韧。一致的是，已知富含A和T的双链DNA比poly (GC)更硬，需要加入更多的盐才能获得液滴。该团队还证明了三磷酸腺苷(ATP)通常在细胞中用作燃料来源，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，在ATP存在下容易形成稳定的液滴。这是测试核酸柔性如何影响液-液分离的完美平台。“最迷人的部分是想象细胞如何利用这种序列依赖信息来指导和调节体内的液-液相分离，”Shakya总结道。

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