Načrtovani biomolekularni tekoči kondenzati na osnovi modularnih dimernih obvitih vijačnic v človeških celicah
Ramšak et al., 2023, Nature Communications.
Pripravili smo nov tip celičnih razdelkov, ki omogoča uravnavanje njihove tvorbe, razpada, združevanja in soobstoj različnih novih razdelkov v človeških celicah. Celični razdelki brez membran so sicer eno najbolj aktivih področij raziskav na področju ved o življenju, saj igrajo pomembno vlogo v številnih naravnih in patoloških procesih. Ugotovitve te raziskave prinašajo vpogled v načela, na katerih temelji tekoča fazna separacija in novo platformo za načrtovanje in nadzor bioloških procesov za potencialne biotehnološke in biomedicinske aplikacije in tvorbo novih biomaterialov.
V celicah potekajo številni procesi in nekatere od teh je potrebno omejiti na določen celični razdelek, kot je npr. jedro ali lizosom, da procesi potekajo nemoteno in bolj učinkovito. Poleg teh kompartmentov, omejenih z membranami, so se znanstveniki nedavno začeli zavedati pomena celičnih kondenzatov, ki niso omejeni z membranami in v katerih se nahajajo proteini ali nukleinske kisline, ki tvorijo ločeno tekočo fazo (t.i. LLPS). Ti kondenzati igrajo pomembno vlogo v številnih naravnih in patoloških procesih in v zadnjih letih so intenzivno raziskovali, kako pride do njihove tvorbe, pri čemer so najbolj pogosto raziskovali naravne kondenzate.
Celične proteinske kondenzate smo zasnovali popolnoma na novo iz modularnih dimernih obvitih vijačnic (coiled-coil, CC). LLPS kondenzate v človeških celičnih linijah smo pripravili tako, da smo zasnovali dve verigi, ki sta vsebovali več ponovitev CC dimernih segmentov, kar je vodilo do nastanka kondenzatov v sesalskih celicah. Za to smo pripravili destabilizirane CC gradnike, ki so omogočili dinamično izmenjavo in tvorbo tekoče faze. Ugotovili smo, da višja stabilnost vodi v rigidne agregate, medtem ko manj stabilni gradniki ne tvorijo kondenzatov. Z modularnim sistemom smo uspešno zasnovali kondenzate, ki v celicah kontrolirano nastanejo, razpadejo, se združijo ali omogočijo soobstoj različnih kondenzatov v celici. Ugotovitve te raziskave prinašajo vpogled v načela, na katerih temelji tekoča fazna separacija, in novo platformo za načrtovanje in nadzor bioloških procesov. Poleg sistemov iz dveh komponent smo na osnovi poznavanja lastnosti CC uspeli pripraviti tudi LLPS iz ene same polipeptidne verige, po drugi strani pa smo lahko z dodatkom tretje polipeptidne verige razbili tvorbo kondenzatov, s čemer se odpira pot za nadzor celičnih procesov za uporabo v biotehnologiji, pripravi novih materialov ali v biomedicini.
Ramšak, M., Ramirez, D.A., Hough, L.E., Shirts, M.R., Vidmar, S., Eleršič Filipič, K., Anderluh, G. & Jerala, R. Programmable de novo designed coiled coil-mediated phase separation in mammalian cells. Nat Commun 14, 7973 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-43742-w