高电荷蛋白液-液相分离调控生物矿化的机制与材料设计启示

本研究针对生物矿化分子机制不明确的问题，来自澳大利亚的研究团队以珊瑚源酸性蛋白AGARP为模型，发现其通过液-液相分离（LLPS）形成液态蛋白-钙凝聚体（LPCC），调控碳酸钙非经典结晶路径，为生物材料设计提供了新范式。

　　

生物矿化（Biomineralization）在许多生物体中起着关键作用，但矿物形成的分子调控机制尚未完全阐明。非经典结晶途径被认为涉及由聚合物稳定的碳酸钙（Calcium Carbonate）瞬态液相，例如分泌到骨骼有机基质中的富酸性蛋白。然而，目前缺乏蛋白质参与液相形成的直接证据。本研究证明，高电荷富酸性蛋白通过液-液相分离（Liquid–Liquid Phase Separation, LLPS）调控碳酸钙成核与生长。以首个从珊瑚<1>Acropora millepora克隆的酸性蛋白AGARP为模型，发现在生理相关拥挤条件下发生LLPS，形成作为结晶前体的液态蛋白-钙凝聚体（Liquid Protein-Calcium Condensates, LPCC）。这些凝聚体暴露于碳酸根离子（CO₃^2?）时会触发结晶，产生复杂平滑边缘的形态，与无蛋白条件下形成的尖锐边缘结构截然不同。在低拥挤条件下，蛋白-钙聚集导致无定形碳酸钙（Amorphous Calcium Carbonate, ACC）形成。AGARP在结合抗衡离子后仍保持内在无序特性，表明电荷介导的相互作用是关键驱动因素。这些发现首次提出LPCC作为矿化前的生物相关中间体，为相分离与生物矿化领域建立了分子级概念框架，并为利用蛋白质相行为设计仿生材料提供了新策略。