Nat Chem Biol丨揭示编程不同无膜隔室之间的生物通信方式_风闻

细胞内不同的无膜细胞器密切合作,组织重要的功能。然而,生物合成的沟通无膜细胞器尚未创建。2025年2月5日,上海交通大学夏小霞、Qian  Zhi-Gang 共同通讯在Nature Chemical Biology(IF=13)在线发表题为“Programming biological communication between distinct membraneless compartments”的研究论文,该研究报告了一个二元群体的无膜区室能够共存,生物通讯和细胞环境条件下的可控反馈。隔室复合体来自无细胞表达系统中两个正交相分离的蛋白质。它们的出现可以按照时间和顺序进行编程,以便按需输送分子。特别地,该聚生体可以响应蛋白酶信息或编码该蛋白酶的DNA信息来感知、加工和递送功能性蛋白质货物。这种基于DNA的分子程序可以通过安装一个在信使RNA水平上控制信息流的反馈环来进一步利用。这些结果有助于理解无膜细胞器之间的串扰,并提供了一个设计原则,可以指导功能区室联合体的建设。

细胞通过将细胞成分组织成物理上分离的隔室来精确地调节它们的生物功能。这种空间上的不连续性强调了细胞功能不同区域之间交流的重要性。除了被膜包围的经典功能区室,通过液-液相分离(LLPS)形成的无膜细胞器(MLOs)利用其高度动态的性质,有助于代谢过程和信号通路的广泛功能。有人提出,在细胞命运决定中,MLO之间共享蛋白质组分的串扰是必不可少的。然而,人们对MLO间串扰的重要性的理解仍然有限。到目前为止,在细胞内概括或重新编程多个MLO群体仍然具有内在的挑战性。尽管使用合成聚合物、DNA分子和直链淀粉衍生物在多相无膜隔室的化学构建方面做出了显著的努力,但其固有的局限性可能会限制生物交流和合作的探索,例如协调复杂生化反应和调节网络的DNA–mRNA–蛋白质信息流。因此,新的设计原则是必要的,以扩大工具集,构建一个可以共存和合作,在细胞环境条件下执行生物学任务的群体。

不同区域间的蛋白质信号(图源自Nature Chemical Biology)在此,研究人员报道了在基于细菌大肠杆菌细胞裂解物的表达系统中,构建了共存和生物连通的无膜区室的二元群体。隔室复合体基于两种内在无序的蛋白质:极点组织蛋白Z (PopZ ),通过在bacterium Caulobacter crescentus的极点形成微区来调节不对称细胞分裂;以及能够在重组大肠杆菌细胞中形成无膜隔室的resilin样蛋白R32。它们的自主形成和不混溶是在细胞环境条件下实现的,无需外加任何大分子物质。有趣的是,不同隔间的外观可以按照按需串扰的时间和顺序进行编程。此外,研究人员证明了隔室复合体可以感应、处理和递送功能蛋白质货物以响应蛋白质或DNA信息,并且基于DNA的分子程序可以通过安装可控信息流的反馈环来进一步利用。

参考消息:

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