多尺度模拟揭示MUT-16支架蛋白相分离与客户蛋白识别的分子机制及其在RNA沉默中的关键作用

研究人员通过多尺度模拟方法（CALVADOS2粗粒化模型、Martini3近原子模型及原子级模拟）结合体外实验，解析了线虫MUT-16蛋白相分离及其招募客户蛋白MUT-8的分子机制。研究发现Tyr-Arg阳离子-π相互作用是MUT-16 M8BR结构域特异性识别MUT-8朊病毒样域的关键，Arg突变实验证实其功能不可替代。该研究为理解相分离调控RNA沉默复合体（Mutator foci）组装提供了原子级见解，发表于《Biophysical Journal》。

　　

在细胞生物学领域，蛋白质相分离（phase separation）现象如同微观世界的"水滴形成"，通过动态组装无膜细胞器调控生命活动。然而，这类 condensates（凝聚物）如何实现特异性客户蛋白招募仍是未解之谜。线虫（C. elegans）中的Mutator foci作为RNA沉默的关键平台，其核心支架蛋白MUT-16通过相分离招募MUT-8等效应蛋白的机制尚不明确。Johannes Gutenberg University Mainz（德国美因茨大学）的Kumar Gaurav团队在《Biophysical Journal》发表的研究，首次通过多尺度模拟揭开了这一分子密码。

研究采用CALVADOS2粗粒化模型、Martini3近原子模型和Folding@Home平台的350μs原子级模拟，结合体外pull-down实验。通过构建MUT-16无序区相分离模型和MUT-8 N端朊病毒样结构域（prion-like domain）与MUT-16 M8BR（MUT-8 binding region）的相互作用体系，实现了从氨基酸残基到电子云层面的多尺度解析。

MUT-16相分离驱动机制

粗粒化模拟（CALVADOS2/Martini3）准确预测了MUT-16无序区的相分离倾向，实验验证显示其相分离能力主要依赖带正电荷的Arg残基。值得注意的是，Martini3模型中发现Lys残基更易参与相互作用，而CALVADOS2则更突出Arg的作用，这种差异反映了力场参数对残基相互作用倾向性的影响。

MUT-8识别的结构基础

Martini3模拟显示MUT-8的Tyr与MUT-16 M8BR的Arg形成稳定的阳离子-π（cation-π）相互作用网络。原子级模拟进一步发现，Arg的胍基不仅参与sp²-π堆叠，还能与Tyr主链形成氢键，这种"双重锁定"机制解释了Arg-Tyr相互作用强于Lys-Tyr的原因——后者缺乏额外的氢键贡献。

功能验证与生物学意义

体外实验证实，将MUT-16 M8BR的Arg突变为Lys或Ala会导致MUT-8招募能力阶梯性丧失，这与模拟结果高度一致。该发现揭示了相分离系统中"分子指纹"般的识别机制：MUT-16通过特异的Arg阵列形成"静电陷阱"，选择性捕获含芳香族残基的客户蛋白。

这项研究首次在原子尺度阐明了Mutator foci组装的分子蓝图，其创新性体现在三方面：1）建立多尺度模拟方法研究相分离系统；2）发现Arg-Tyr相互作用在生物分子凝聚体中的普适性规律；3）为设计调控RNA干扰的人工相分离系统提供理论框架。正如作者所言，这种"从模拟到突变验证"的研究范式，将为理解其他无膜细胞器的组装机制开辟新途径。