細胞內(nèi)不同的無膜細胞器密切合作,組織重要的功能。然而,生物合成的溝通無膜細胞器尚未創(chuàng)建。2025年2月5日,上海交通大學夏小霞、Qian? Zhi-Gang共同通訊在Nature Chemical Biology(IF=13)在線發(fā)表題為“Programming biological communication between distinct membraneless compartments”的研究論文,該研究報告了一個二元群體的無膜區(qū)室能夠共存,生物通訊和細胞環(huán)境條件下的可控反饋。隔室復合體來自無細胞表達系統(tǒng)中兩個正交相分離的蛋白質(zhì)。它們的出現(xiàn)可以按照時間和順序進行編程,以便按需輸送分子。特別地,該聚生體可以響應蛋白酶信息或編碼該蛋白酶的DNA信息來感知、加工和遞送功能性蛋白質(zhì)貨物。這種基于DNA的分子程序可以通過安裝一個在信使RNA水平上控制信息流的反饋環(huán)來進一步利用。這些結(jié)果有助于理解無膜細胞器之間的串擾,并提供了一個設(shè)計原則,可以指導功能區(qū)室聯(lián)合體的建設(shè)。

細胞通過將細胞成分組織成物理上分離的隔室來精確地調(diào)節(jié)它們的生物功能。這種空間上的不連續(xù)性強調(diào)了細胞功能不同區(qū)域之間交流的重要性。除了被膜包圍的經(jīng)典功能區(qū)室,通過液-液相分離(LLPS)形成的無膜細胞器(MLOs)利用其高度動態(tài)的性質(zhì),有助于代謝過程和信號通路的廣泛功能。有人提出,在細胞命運決定中,MLO之間共享蛋白質(zhì)組分的串擾是必不可少的。然而,人們對MLO間串擾的重要性的理解仍然有限。到目前為止,在細胞內(nèi)概括或重新編程多個MLO群體仍然具有內(nèi)在的挑戰(zhàn)性。盡管使用合成聚合物、DNA分子和直鏈淀粉衍生物在多相無膜隔室的化學構(gòu)建方面做出了顯著的努力,但其固有的局限性可能會限制生物交流和合作的探索,例如協(xié)調(diào)復雜生化反應和調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)的DNA–mRNA–蛋白質(zhì)信息流。因此,新的設(shè)計原則是必要的,以擴大工具集,構(gòu)建一個可以共存和合作,在細胞環(huán)境條件下執(zhí)行生物學任務的群體。

不同區(qū)域間的蛋白質(zhì)信號(圖源自Nature Chemical Biology)在此,研究人員報道了在基于細菌大腸桿菌細胞裂解物的表達系統(tǒng)中,構(gòu)建了共存和生物連通的無膜區(qū)室的二元群體。隔室復合體基于兩種內(nèi)在無序的蛋白質(zhì):極點組織蛋白Z (PopZ ),通過在bacteriumCaulobacter crescentus的極點形成微區(qū)來調(diào)節(jié)不對稱細胞分裂;以及能夠在重組大腸桿菌細胞中形成無膜隔室的resilin樣蛋白R32。它們的自主形成和不混溶是在細胞環(huán)境條件下實現(xiàn)的,無需外加任何大分子物質(zhì)。有趣的是,不同隔間的外觀可以按照按需串擾的時間和順序進行編程。此外,研究人員證明了隔室復合體可以感應、處理和遞送功能蛋白質(zhì)貨物以響應蛋白質(zhì)或DNA信息,并且基于DNA的分子程序可以通過安裝可控信息流的反饋環(huán)來進一步利用。

參考消息:

https://www.nature.com/articles/s41589-025-01840-4