压力反应,4或某些疾病,5等。除了其在自然现象中的重要性外,LLP还发现了合成生物学的应用。6,7该过程通常是由蛋白质和/或核酸等生物聚合物驱动的,形成致密的分子间网络。核酸,尤其是RNA,通常参与细胞中观察到的相分离过程。例如,参与重复膨胀障碍的RNA可以在细胞核中形成核糖核蛋白体。5中的核仁,DNA,RNA和蛋白质与周围环境分开以调节转录。8应力颗粒是相分离的聚集体,可在应力条件下增加适合度。4确切的相位分离是如何发生的,以及如何受到生物聚合物序列的影响。该过程被认为是由诸如分离物种的浓度和序列,翻译后蛋白质修饰(例如,sumoylation),4,9温度和阳离子物种。10,11
大部分对暗物质 (DM) 的实验研究都集中在弱相互作用大质量粒子 (WIMP) 上,这种粒子与标准模型 (SM) 粒子直接相互作用,其强度与弱相互作用相当。然而,无论是直接 [ 1 – 9 ] 还是间接探测实验 [ 10 ],对类 WIMP 暗物质的限制都越来越严格。WIMP 范式的一个引人注目的替代方案是,DM 粒子属于“暗区”(DS),它在标准模型规范群下是中性的,并且只通过一个或多个标准模型以外的介质粒子与标准模型相互作用 [ 11 – 15 ]。如果介质衰变为 DS 粒子在运动学上是被禁止的,它衰变回标准模型粒子将被标准模型和介质之间的小耦合所抑制,从而产生潜在的宏观固有衰变长度(𝑐𝜏 ≳ 100 𝜇 米)。这些所谓的长寿命粒子(LLP)也在介体粒子通过高维算符与标准模型耦合的场景中被预测,例如在以类轴粒子(ALP)为特征的模型中[ 16 , 17 ]。
区室化是生命的标志,也是当前构建人工细胞的核心目标。[1] 人们研究了不同类型的区室,包括脂质体、蛋白质体、聚合物体和凝聚层,以深入了解区室化对活细胞中常见的生物分子和生化反应网络的作用。[2] 然而,这些区室无法模拟活细胞的所有功能特征,包括高内部生物分子浓度、选择性膜和与其他细胞相互作用的能力。凝聚层液滴是一种类似细胞的区室,由RNA、肽或小分子在多种非共价相互作用的驱动下通过液-液相分离(LLPS)自发形成。[3] 凝聚层的物理性质取决于其组成部分的结构-功能关系。一般来说,它们含有高浓度的肽或RNA,模拟活细胞内的物理化学环境。[4] 然而,由于缺乏膜,通常会导致快速聚结,这对它们的稳定性构成了挑战。此外,没有屏障意味着难以选择性地吸收营养物质并去除废物同时保留有用的产品。[3,5] 脂质基膜结合区室(其中脂质体是最著名的例子)也常被用作原始细胞模型进行研究,但它们内部的溶质浓度通常低于活细胞中的生物分子浓度,或者当高渗透压没有得到仔细平衡时,它们有破裂的危险。[6]
区室化是生命的标志,也是当前构建人工细胞的核心目标。[1] 人们研究了不同类型的区室,包括脂质体、蛋白质体、聚合物体和凝聚层,以深入了解区室化对活细胞中常见的生物分子和生化反应网络的作用。[2] 然而,这些区室无法模拟活细胞的所有功能特征,包括高内部生物分子浓度、选择性膜和与其他细胞相互作用的能力。凝聚层液滴是一种类似细胞的区室,由RNA、肽或小分子在多种非共价相互作用的驱动下通过液-液相分离(LLPS)自发形成。[3] 凝聚层的物理性质取决于其组成部分的结构-功能关系。一般来说,它们含有高浓度的肽或RNA,模拟活细胞内的物理化学环境。[4] 然而,由于缺乏膜,通常会导致快速聚结,这对它们的稳定性构成了挑战。此外,没有屏障意味着难以选择性地吸收营养物质并去除废物同时保留有用的产品。[3,5] 脂质基膜结合区室(其中脂质体是最著名的例子)也常被用作原始细胞模型进行研究,但它们内部的溶质浓度通常低于活细胞中的生物分子浓度,或者当高渗透压没有得到仔细平衡时,它们有破裂的危险。[6]
适合生物活性物质和复杂生物实体必不可少的液态液体sca。隔离的LLPS系统,也称为水溶液系统(ATPSS),已证明它们在酶纯化14中的效率14和细致的细胞模式。15尽管如此,全水结构的精确处理,尤其是在超低界面张力的情况下,仍然是一个显着的挑战。Steijn 16,17和Shum 18,19等。已经开创了一种微流体策略,以产生水中的水乳液,将机械扰动整合到内相,从而导致水/水喷射的均匀分裂(图1a)。在这项基础工作的基础上,我在Shum实验室中的研究采用了全水电喷雾技术来制造水中水中的乳液(图1b)。20,21此方法引入了一个中间空气阶段,该空气阶段巧妙地提高了表面张力,并避免了低张力系统中喷气机慢分解所施加的约束。此外,全水电喷雾可以很容易地将多种胶凝剂嵌入水滴中,该水滴会响应于特定的触发因素(例如光,热或化学刺激),从而在Microgels的产生中达到顶峰。此技术提供了强大而适应性的
区室化是生命的标志,也是当前构建人工细胞的核心目标。[1] 人们研究了不同类型的区室,包括脂质体、蛋白质体、聚合物体和凝聚层,以深入了解区室化对活细胞中常见的生物分子和生化反应网络的作用。[2] 然而,这些区室无法模拟活细胞的所有功能特征,包括高内部生物分子浓度、选择性膜和与其他细胞相互作用的能力。凝聚层液滴是一种类似细胞的区室,由RNA、肽或小分子在多种非共价相互作用的驱动下通过液-液相分离(LLPS)自发形成。[3] 凝聚层的物理性质取决于其组成部分的结构-功能关系。一般来说,它们含有高浓度的肽或RNA,模拟活细胞内的物理化学环境。[4] 然而,由于缺乏膜,通常会导致快速聚结,这对它们的稳定性构成了挑战。此外,没有屏障意味着难以选择性地吸收营养物质并去除废物同时保留有用的产品。[3,5] 脂质基膜结合区室(其中脂质体是最著名的例子)也常被用作原始细胞模型进行研究,但它们内部的溶质浓度通常低于活细胞中的生物分子浓度,或者当高渗透压没有得到仔细平衡时,它们有破裂的危险。[6]
液态液相分离(LLP)是在各种分子溶液中观察到的一种无处不在的分解现象,包括在聚合物和蛋白质溶液中。解散溶液会导致凝结,相分离的液滴,这些液滴表现出由瞬态分子间相互作用驱动的一系列类似液体类似的特性。了解这些冷凝物中的组织对于破译其材料特性和功能至关重要。这项研究使用改良的低温电子显微镜(Cryo-EM)方法探索了凝结物样品中不同的纳米级网络和界面。该方法涉及在电子显微镜网格上启动冷凝物形成,以控制相分离过程中的液滴大小和阶段。通过成像三个不同类别的冷凝物来证明该方法的多功能性。我们使用冷冻电子层析成像进一步研究了凝结物结构,该层造影提供3D重建,揭开多孔内部结构,独特的核心壳形态和纳米蛋白质冷凝物组织内的不均匀性。与干态透射电子显微镜的比较强调了保留冷凝水的水合结构以进行准确的结构分析的重要性。,我们通过进行粘度测量值支持蛋白质冷凝物的内部结构与其氨基酸序列和材料特性相关联,这些粘度测量支持更多的粘性冷凝水表现出较密集的内部组件。我们的发现有助于对纳米级冷凝物结构及其材料特性的全面理解。我们在这里的方法提供了一种多功能工具,用于探索各种相分离的系统及其纳米级结构,以供将来的研究。
许多生物分子冷凝物被认为是通过液体 - 液相分离(LLP)形成的多价大酚 -对于那些通过这种机制形成的人来说,我们的理解受益于关键组成部分和活动的生化重新定义。迄今为止,基于RNA的冷凝物的重组主要是基于相对简单的分子集合。然而,蛋白质组学和测序数据表明,基于天然RNA的浓度富含数百至数千种不同的分量,遗传数据表明多种相互作用可以在不同程度上有助于凝结物的形成。从这个角度来看,我们描述了通过不同水平的生化重构建立基于RNA的冷凝水的最新进展,以此来弥合简单的体外重构和细胞分析之间的间隙。复杂的重组提供了有关多组分冷凝物的形成,调节和功能的洞察力。我们专注于两个RNA - 蛋白质冷凝案例研究:应力颗粒和RNA加工体(Podies),并检查促进LLP的多个组件之间合作相互作用的证据。从这些研究中提出的一个重要概念是,组成和化学计量法调节冷凝水内的生化活性。基于从压力颗粒和p身体中学到的经验教训,我们讨论了了解凝结物成分之间热力学关系的前瞻性方法,其目的是开发组成和材料特性的预测模型及其对生物化活性的影响。我们预计定量重构将有助于理解各种RNA的复杂热力学和功能 - 蛋白质冷凝物。
Microglia are responsible for surveilling the central nervous system, responding to changes and injuries, phagocytosing cellular debris and protein aggregates, pruning synapses during development, releasing factors that in fl uence neural function, and mediating immune responses in the brain 2 (Fig.1)。当前的研究通过证明C1Q对衰老过程中神经元蛋白稳态的抑制作用,为我们对小胶质功能的理解增加了另一个方面。研究人员发现C1Q以年龄依赖性方式与神经元RNP复合物相互作用(图1)。使用先进的生化和成像技术,他们认为纯化的C1q在体外经历了RNA依赖性液相分离(LLP)。这种相分离对于C1q与体内神经元RNP复合物的相互作用至关重要,该复合物取决于RNA和内吞作用。1确定的研究表明,C1Q的胶原蛋白样结构域对于这种神经元摄取至关重要。在神经元内,C1Q与核糖体蛋白,RNA结合蛋白和RNA结合,损害神经元蛋白质的合成和稳态。1,即使C1q对年轻动物(2-3个月)动物的神经元蛋白翻译没有影响,但成年动物中C1Q的缺失(1年)导致蛋白质翻译的显着增加。全球蛋白质组学分析进一步证明了1岁的WT和C1Q-蛋白质之间的蛋白质含量的大脑变化,揭示了成人WT脑组织中与Septin复合物相关的蛋白质意外富集,而成人C1Q-抑制型脑组织中,成人WT脑组织中的蛋白质富集。1Scott-Hewitt等人。还探讨了C1Q集成到神经元RNP复合物中的功能后果。年轻的成年小鼠在C1Q中表现出的表现出恐惧记忆灭绝受损,这表明C1Q对于某些认知功能至关重要。
肌萎缩性侧索硬化症(ALS)是一种进行性神经退行性疾病,主要由肌肉萎缩和体内无力引起,呼吸肌瘫痪定义了预后。日本大约有10,000例患者,其中10%有家族史,大约60%的病例具有致病基因。另一方面,90%的患者被称为零星,大脑和脊髓病变的大部分被称为TAR DNA结合蛋白43KDA(TDP-43)。 TDP-43是一种RNA结合核蛋白,具有两个RNA结合基序(RRM1,RRM2),但在ALS神经元和少突胶质细胞中形成特征性包容物,以及对细胞质量的异位定位。近年来,据报道,当许多RNA结合蛋白和RNA聚集在一起时,会发生液 - 液相分离(LLP),从而形成了称为液滴的非膜结构,并且从液滴中形成了固体原纤维与Als和Crymoss exteriation for cy Intreation for Ceryross for cy Intreation for Ceryross grouse for Cerymoss of Cryomoss of Cryopopopopopopopopse的形成非常相关。聚合。我们专注于RRM1中二硫键的面对面布置在维持TDP-43的构象结构和RRM2结构域的生理二聚体形成中,在先前的研究中使用晶体学分析方法揭示了揭示的RRM2结构域,并成功地产生了单克隆抗体(3B12A),这些抗体(3B12A)识别了特定识别Misfloded tdd tds-43。另一方面,为了澄清野生型TDP-43结构转化的分子背景,我们进行了高压NMR分析,并观察到RRM1中的二硫键是拉链的功能,可以作为Zipper功能,以维持TDP-43的生理ddp-43的生理效果,该ddp-43 totrig totrig totrig to n-ternequ and terned to n-ternbore and temrig totrig to tht trign and trign totrig to n-terneque istriend to n-ternem and tdp-43 TDP-43形成病理聚集体,创建独特的转基因小鼠,以确定TDP-43在ALS病理学中的异位定位和骨料形成的重要性,并分析表型。尽管聚集体有助于病理发现的恶化,主要基于神经胶质病,但症状的表型是长时间的异位定位,并且症状比运动瘫痪更为主要是心理病理学症状。另一方面,由3B12A抗体的杂交瘤mRNA构建了VH-VL的单链抗体(SCFV)的表达基因,并产生了供应伴侣蛋白介导的自噬(CMA)信号的自溶内抗体。使用子宫内电穿孔,在培养的HEK293A细胞和胎儿小鼠大脑中,细胞AGG TDP-43显着降低。我们目前正在进一步验证安全和功效。