馬克斯普朗克動(dòng)力學(xué)與自組織研究所 (MPIDS) 的研究人員在新模型中評(píng)估了分子自組織的機(jī)制。在他們的研究中，他們模擬了溫度等環(huán)境因素如何影響彈性矩陣中油滴的大小。該研究還將有助于了解生物細(xì)胞中液滴的形成，其中生物分子在冷凝物中自組織。全文最近發(fā)表在著名期刊 PNAS 上。
在生物學(xué)中，細(xì)胞內(nèi)部的適當(dāng)調(diào)節(jié)對(duì)于確保生物過程的功能至關(guān)重要。然而，細(xì)胞可以是非常復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，具有數(shù)千種不同類型的分子和數(shù)百萬個(gè)蛋白質(zhì)拷貝數(shù)。為了組織這種巨大的復(fù)雜性，需要多種機(jī)制來創(chuàng)建提供定義和動(dòng)態(tài)條件的亞細(xì)胞環(huán)境。例如，由于通過膜進(jìn)行分界，細(xì)胞器能夠隔離細(xì)胞環(huán)境。然而，在擁擠的細(xì)胞基質(zhì)中，也需要生物分子的結(jié)構(gòu)化組織。在那里，具有確定分子組成的所謂生物分子縮合物可以自發(fā)??形成。這種現(xiàn)象的突出例子包括應(yīng)力顆粒和轉(zhuǎn)錄凝聚物。這些凝聚物被細(xì)胞中的彈性結(jié)構(gòu)元件包圍，包括細(xì)胞核中的細(xì)胞骨架和染色質(zhì)。問題是：彈性結(jié)構(gòu)如何影響凝聚物，細(xì)胞能否利用這種相互作用在動(dòng)態(tài)細(xì)胞環(huán)境中施加控制?
模型提供了對(duì)分子組織領(lǐng)域的訪問
由于實(shí)際上不可能實(shí)時(shí)跟蹤細(xì)胞中數(shù)百萬個(gè)分子的詳細(xì)相互作用，因此研究人員使用模型來描述該現(xiàn)象的各個(gè)方面。該研究的第一作者 Estefania Vidal-Henriquez 解釋說：“我們使用油滴來代表細(xì)胞質(zhì)中的材料，并使用聚合物網(wǎng)來模擬生物支架。”“在某些條件下液滴尺寸的動(dòng)態(tài)發(fā)展為我們提供了有關(guān)生物分子如何在細(xì)胞環(huán)境中排列的信息。”該模型描述了不同液滴尺寸的分布及其相對(duì)豐度。此外，它認(rèn)為周圍的基質(zhì)可能會(huì)被破壞——這指的是生物支架的重新排列。
相分離是關(guān)鍵機(jī)制
解釋這種冷凝物增長(zhǎng)的一個(gè)強(qiáng)有力的概念是相分離。簡(jiǎn)而言之，根據(jù)條件，兩種物質(zhì)將相互混合或共存。多種因素可能會(huì)影響生物學(xué)中的相分離，例如 pH、濃度或溫度。在模型中，研究人員使用溫度調(diào)制來研究相分離和液滴形成的影響。慢慢降低系統(tǒng)的溫度，觀察到油滴的自發(fā)成核，隨著時(shí)間的推移，這些油滴通過吸收周圍的物質(zhì)而變得更大。有趣的是，在更快的冷卻速度下更多，但會(huì)出現(xiàn)更小的液滴。因此，外部影響因素變化的速度在結(jié)構(gòu)形成中起著至關(guān)重要的作用。
“通過我們的模型，我們描述了分子組成如何在彈性矩陣的微觀尺度上排列”，該研究的資深作者、MPIDS 的組長(zhǎng) David Zwicker 總結(jié)道。關(guān)于溫度調(diào)節(jié)的影響，他補(bǔ)充說：“我們預(yù)計(jì)生物分子凝聚物的行為也會(huì)類似，這些凝聚物通常是對(duì)細(xì)胞中溫度、pH 值或蛋白質(zhì)濃度變化的反應(yīng)。”該模型提供了在技術(shù)和生物背景下描述微觀模式形成的基礎(chǔ)。
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