在基质中生长的液滴

来自马克斯普朗克动力学和自组织研究所(MPIDS)的研究人员在一个新的模型中评估了分子自组织的机制。在他们的研究中，他们模拟了诸如温度等环境因素如何影响弹性基体中的油滴大小。这项研究也将有助于理解生物细胞中的液滴形成，生物分子在冷凝物中自组织。论文全文最近发表在著名的《美国科学院院刊》上。

　　

在生物学中，细胞内部的适当调节对保证生物过程的功能至关重要。然而，细胞可以是非常复杂的结构，有几千种不同类型的分子和数百万种蛋白质拷贝数。为了组织这种巨大的复杂性，需要一些机制来创建亚细胞环境，提供定义的和动态的条件。例如，细胞器通过细胞膜的分界使细胞环境得以分离。然而，在拥挤的细胞基质中也需要生物分子的结构化组织。在那里，所谓的生物分子凝聚物与确定的分子组成可以自发形成。这种现象的突出例子包括应激颗粒和转录凝聚体。这些冷凝物被细胞中的弹性结构元素所包围，包括细胞核中的细胞骨架和染色质。问题是:弹性结构如何影响冷凝物，细胞能否利用这种相互作用在动态细胞环境中施加控制?

模型提供了对分子组织领域的访问

由于在实践中不可能实时跟踪细胞中数百万分子的详细相互作用，研究人员使用模型来描述现象的各个方面。“我们用油滴来代表细胞溶胶中的材料，用聚合物网来模拟生物支架，”该研究的第一作者Estefania Vidal-Henriquez解释说。“在特定条件下液滴大小的动态发展，为我们提供了生物分子在细胞环境中如何排列的信息。”该模型描述了不同粒径液滴的分布及其相对丰度。此外，它认为周围的基质可能被破坏，这意味着生物支架的重新排列。这意味着生物分子冷凝物不受周围网格大小的限制，而是能够超越。

相分离是关键的机理

相分离是解释这种冷凝物增长的一个强有力的概念。简单地说，取决于条件，两种物质要么混合要么分离共存。多种因素可能会影响生物中的相分离，如pH值、浓度或温度。在该模型中，研究人员使用温度调制来研究相分离和液滴形成的影响。当系统温度缓慢降低时，油滴会自发成核，并通过吸收周围的物质而逐渐增大。有趣的是，冷却速度越快，液滴越小。因此，外部影响因素的变化速度对结构的形成起着至关重要的作用。

“通过我们的模型，我们描述了分子组成是如何在弹性基质的微观尺度上排列的。”David Zwicker总结道，他是该研究的资深作者和MPIDS小组的领导者。关于温度调节的影响，他补充说:“我们预计生物分子冷凝物也会有类似的行为，它们通常是对细胞中温度、pH值或蛋白质浓度变化的反应形成的。”该模型为在技术和生物背景下描述微观模式的形成提供了基础。

DOI

10.1073 / pnas.2102014118

文章标题

在弹性介质中，气蚀控制液滴的大小