@ 2021.08.15 , 12:17

细胞中的微液滴两则

1. 预测细胞中自组装液滴的分布

在细胞中,蛋白质与核算可以自发地将他们自身组装为和一般的液体相似的“液滴”。这些微液滴有着特定的分子组成,并与各种生物学功能有关。近期,普林斯顿大学的William Jacobs推导出了“可形成的微液滴种类”与“细胞的分子组成”的关系。这一结果揭示了在外界的刺激下,细胞能“驾驭”的微液滴种类。

尽管细胞中微液滴形成的起始步骤依然未知,科学界一般认为这是一个成核-生长过程。每个微液滴都包含数目庞大但种类有限的几种分子,并且不同种类的液滴中各种分子的浓度截然不同。

Jacobs用成对(二体)的方式描述分子间的相互作用,并使用基于此的数学模型,揭示了细胞中可能形成的微液滴种类取决于相关的分子种类和数目。此外,微液滴种类的数目随分子种类数目增长的速度快于线性。

Jacobs表示,这些推导适用于任何基于成对相互作用的系统,不论是人工合成的还是自然进化而来的。因而,这一模型不仅有助于科研人员理解细胞如何调控微液滴的生成,也有助于优化设计使用有限组成构建的人工仿生系统.

原文翻译自Physics
参考文献
W. M. Jacobs, “Self-assembly of biomolecular condensates with shared components,” Phys. Rev. Lett. 126, 258101 (2021).

2. 染色质与细胞中液滴的产生与生长

细胞通常含有的微液滴参与了许多细胞活动。生成这些微液滴的环境,比如细胞核,往往十分复杂,。细胞核内充满了一种复杂的分子(染色质),而染色质可能就与微液滴的生成有关。近期,普林斯顿大学的Zhang Yaojun及其同事针对“染色质如何影响细胞内液滴的形成”作出了新的阐释。其结论突出强调了环境对细胞结构生成的关键作用。

在她们的实验中,该团队在活细胞的细胞核中制造了各种尺寸的微液滴。传统的理论中,大液滴会通过吞并小液滴来快速生长。然而Zhang及其同事发现她们的液滴几乎并不生长。她们提出的猜想是,长的纤维状分子——也就是染色质——可能会阻止液滴生长。之前的一些工作也表明,在其他情境下,聚合物可以影响微液滴的形成。

针对这一假设,该团队进行了分子动力学模拟,以获得更多关于交联的染色质网络如何影响液滴产生和生长的细节。他们发现交联染色质可以作为阻碍生长的机械屏障。当液滴长至足够大,撑开染色质网络时,染色质网络会像屏障一样限制液滴的进一步生长。该团队提出,这一效应可能与他们在实验中观测到的对大液滴生长的抑制有关。考虑到诸如压强和化学势等因素,该团队发现,染色质的机械效应也可能影响液滴的数目,尺寸以及位置分布。

原文翻译自Physics
参考文献
Y. Zhang et al., “Mechanical frustration of phase separation in the cell nucleus by chromatin,” Phys. Rev. Lett. 126, 258102 (2021).


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