揭示细胞室的设计原则

无膜细胞器是单个细胞内的微小液滴，被认为可以调节从分裂到运动到破坏的一切。更好地了解这些神秘的结构可能是解开一系列医疗条件的关键，包括发育障碍，儿童癌症和与年龄有关的疾病。圣路易斯华盛顿大学工程与应用科学学院的新研究发表在eLife杂志上，揭示了无膜细胞器形成和组织的基本原理。“如果我们的理论和建模是正确的，我们应该能够按照我们想要的方式设计这些细胞器，”生物医学工程系的Edwin H. Murty工程教授Rohit Pappu说。

驱动无膜细胞器形成的蛋白质分子就像珍珠项链。它们由多个粘性域(珍珠)组成，通过柔性连接器(项链)连接。这些所谓的多价蛋白质聚集在一起形成通过粘性结构域之间的物理交联结合在一起的网络。分子内的结构域数量有助于可实现的交联数。

然而，交联现象仅解释了无膜细胞器如何形成的故事的一半。这些细胞器也称为“缩合物”，因为多价蛋白质实际上缩合形成液滴，这不能仅通过交联来解释。

Pappu的团队想知道形成球形液滴的能力是否由相互连接的柔性连接体决定。与德克萨斯大学西南医学中心的Michael Rosen，Pappu及其同事，博士后研究员Tyler Harmon和Alex Holehouse一起使用计算机模拟和聚合物物理学理论证明接头的序列特异性物理特性直接决定了多价蛋白质是否形成在球形冷凝物或凝胶内凝胶而不形成液滴。“我们能够确定促进球形凝胶形成的序列特征，这就是这些无膜细胞器的真正含义，”Pappu说。“因此，我们应该能够设计具有定制材料特性的液滴，并开始理解特定类型的蛋白质如何以及为何驱动液滴形成以及这些液滴如何促成细胞功能。“能够模仿和设计自然发生的结构是生物物理工程的梦想，我们对存储的内容感到兴奋。”