精准调控细胞内目标mRNA翻译的新策略

由蛋白质和RNA组成的生物分子凝聚体的形成通过调节翻译或促进RNA加工来促进基因表达的调控。现在，合成的核糖核蛋白颗粒由工程的内在无序蛋白质产生，选择性地隔离mRNA并增强细胞中的蛋白质翻译。这些高度液体状的凝聚物在细胞内交换生物分子，促进靶mRNA和核糖体的分配。

　　

生物分子凝聚体是细胞内一种特殊的结构，由蛋白质和RNA通过液-液相分离（LLPS）形成。这种凝聚体能够将目标mRNA包裹在其中，从而调节基因表达，例如通过影响mRNA的翻译效率或促进RNA加工。

生物分子凝聚体是由蛋白质和RNA组成的复杂结构，它们在细胞内通过相分离过程形成，能够调节基因的转录后表达。其形成通常涉及内在无序蛋白与目标mRNA的相分离，将mRNA分到隔一个液态凝聚体中。这种分隔通过调节翻译或促进RNA加工来调控基因表达。这种调控方式在细胞生物学中具有重要意义，因为它为细胞提供了一种动态且灵活的机制来响应环境变化和内部需求。然而，如何设计和利用合成生物分子凝聚体来实现对特定基因表达的精准调控，一直是合成生物学和分子生物学领域的前沿课题。本文通过设计一种基于RNA结合蛋白和合成内在无序蛋白的融合蛋白，成功构建了能够调节目标mRNA翻译的合成生物分子凝聚体，为基因表达调控提供了新的思路和工具。

背景

在自然环境中，许多细胞过程依赖于这种凝聚体的形成。然而，如何利用合成生物学的方法设计和构建能够精准调控目标mRNA翻译的合成生物分子凝聚体，仍然是一个亟待解决的问题。

方法

研究团队设计了一种合成生物分子凝聚体，通过融合RNA结合蛋白（人类Pumilio2同源结构域，Pum2）和合成内在无序蛋白（弹性蛋白样多肽，ELP）来实现目标mRNA的结合和包裹。Pum2能够特异性结合目标mRNA，而ELP则通过其相分离特性促进凝聚体的形成。通过这种设计，研究者能够在细胞内实现对目标mRNA的精准调控。

设计与结果

研究者首先在原细胞（protocells）中测试了这种合成凝聚体的效果。结果表明，当目标mRNA被Pum2-ELP凝聚体包裹时，其翻译效率显著降低。这表明在原细胞环境中，凝聚体的形成主要起到了抑制翻译的作用。然而，在大肠杆菌（Escherichia coli）中，同样的目标mRNA被凝聚体包裹后，其翻译效率却显著增加。这一发现表明，合成凝聚体对翻译的调控作用可能依赖于细胞环境。

为了深入理解Pum2-ELP凝聚体系统的特性，研究者利用显微镜、生物物理和生化分析以及RNA测序等多种技术手段对其进行了表征。显微镜观察显示，Pum2-ELP融合蛋白能够在细胞内形成明显的凝聚体结构。生物物理和生化分析进一步揭示了凝聚体的形成机制和稳定性。RNA测序则用于分析凝聚体对目标mRNA翻译效率的影响。

通过设计合成生物分子凝聚体，实现对目标mRNA翻译的精准调控。这种调控方式在不同的细胞环境中可能表现出不同的效果，例如在原细胞中抑制翻译，而在大肠杆菌中促进翻译。这一发现不仅为理解生物分子凝聚体的生物学功能提供了新的视角，还为合成生物学中基因表达调控提供了新的工具和策略。