"生物分子凝聚体老化过程中酶活性动态变化的机制解析与调控策略"

本研究针对生物分子凝聚体(LLPS)老化过程中酶活性调控机制不明的关键问题，通过构建FIB1-GFP-RIAD/RIDD合成催化凝聚体系统，首次揭示了酶活性随凝聚体从液态向固态转变而衰减的时空动态规律。研究发现老化过程中β- sheet结构聚集和选择性渗透屏障丧失是导致MenH酶kcat/KM降低的关键因素，并证实甘氨酸可通过延缓相变恢复酶活性。该成果为神经退行性疾病治疗和人工细胞器设计提供了新思路。

　　

在细胞这个精密的"分子工厂"中，生物分子凝聚体犹如动态的车间隔间，通过液液相分离(LLPS)将特定蛋白质和酶聚集在特定区域。这类无膜细胞器不仅能提高局部反应物浓度，还能创造独特的微环境来优化酶促反应。然而这些"液态车间"存在一个致命缺陷——会随时间发生"老化"，从流动的液态逐渐转变为僵化的固态。这种相变在神经退行性疾病中尤为明显，如阿尔茨海默病的tau蛋白和肌萎缩侧索硬化的FUS蛋白凝聚体老化过程，但老化如何影响其中酶的功能仍是未解之谜。

大连理工大学的研究团队在《Nature Communications》发表创新性研究，通过构建模块化的合成催化凝聚体系统，首次揭示了酶活性随凝聚体老化而动态变化的分子机制。研究人员采用FIB1( fibrillarin的固有无序区域)作为支架蛋白，利用RIAD/RIDD特异性相互作用招募MenH酶，建立了一个可精确调控的LLPS研究模型。通过整合FRAP（荧光漂白恢复）、PTM（粒子追踪微流变）和电子断层扫描等多项前沿技术，该研究系统阐明了凝聚体老化影响酶活性的动态规律与结构基础。

关键技术包括：（1）构建FIB1-GFP-RIAD/RIDD-MenH模块化合成凝聚体系统；（2）采用FRAP定量分析分子迁移率，PTM测定粘弹性模量G'和G"；（3）通过ThT荧光和TEM观测β-sheet结构形成；（4）应用相关光镜电镜(CLEM)和电子断层扫描(ET)解析细胞内凝聚体三维结构；（5）利用甘氨酸/色氨酸调控老化进程。

主要研究结果：

酶活性随时间衰减
通过监测MenH催化SEPHCHC→SHCHC的转化率发现：新形成的液态凝聚体(h0)使反应速率提升1.5倍(k_cat/K_M增加1.4倍)，但8小时老化后(h8)活性降至对照组的1/6.2。这种衰减与酶动力学参数恶化相关，h8时K_M升高而k_cat降低。

液-固相变的三阶段
FRAP和PTM分析揭示：h0时为粘性液体(G"＞G')，h4转变为Maxwell流体（低频G"＞G'，高频G'＞G"），h8形成弹性固体(G'＞G")。扩散系数D_app从1.04μm²/s(h0)降至0.06μm²/s(h4)，h8时分子基本固定。

蛋白共聚集现象
TEM显示老化过程中出现3.5?晶格的β-sheet结构，提取实验证实FIB1和MenH形成6M盐酸胍不溶聚集体。ET三维重建显示细胞内老化凝聚体形成棒状网络结构，并丧失胞质隔离功能。

老化调控策略
甘氨酸使h8凝聚体α扩散指数从0.0107恢复至0.3339，酶活性提升7.2倍；而色氨酸加速相变，使新鲜凝聚体活性降低3.6倍。

这项研究建立了凝聚体老化与酶功能衰减的定量关系，为理解神经退行性疾病中酶功能障碍提供了新视角。发现的甘氨酸调控机制为延缓病理相变提供了潜在干预策略，而模块化的RIAD/RIDD系统为设计抗老化人工细胞器开辟了新途径。该成果同时警示：基于LLPS的合成生物学应用必须考虑时间维度的影响，这对开发稳定的生物制造系统具有重要指导意义。