《Journal of Colloid and Interface Science》：Programmed pathway selection for hierarchical assembly of peptides containing low-complexity aromatic-rich kinked segments
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摘要低复杂度、富芳香性弯曲片段（LARKS）形成热可逆的类淀粉样结构，涉及凝聚体的无序到有序转变及相可编程材料。尽管它们具有结构多样性，但 LARKS 的瞬时有序/无序构象和多价相互作用通常导致竞争性组装路径，阻碍了对它们自组装成高阶结构的精确控制。在此我们表明，一种四苯基乙
摘要
低复杂度、富芳香性弯曲片段（LARKS）形成热可逆的类淀粉样结构，涉及凝聚体的无序到有序转变及相可编程材料。尽管它们具有结构多样性，但 LARKS 的瞬时有序/无序构象和多价相互作用通常导致竞争性组装路径，阻碍了对它们自组装成高阶结构的精确控制。在此我们表明，一种四苯基乙烯（TPE）连接的 LARKS 肽可以自组织成明确的层次结构，包括半结晶微球和超螺旋微纤维。机理分析揭示了支配组装路径的两组竞争性相互作用：各向同性相互作用（例如阳离子 -π、疏水相互作用）驱动亚稳态复凝聚体的形成，随后在这些复凝聚体内部的纤维化诱导向受抑制手性的半结晶微球转变。相比之下，增强的各向异性相互作用（例如 LARKS 基团之间的定向氢键）促进向超螺旋微纤维的手性组装。除了环境因素外，序列编程为路径选择提供了一种正交策略。将酪氨酸替换为苯丙氨酸（Y → F）增加了芳香族侧链之间的各向同性相互作用，并减少了 LARKS 之间的定向氢键，从而促进了复凝聚体介导的组装路径；将酪氨酸替换为丝氨酸（Y → S）增强了定向氢键，有利于向超螺旋的各向异性组装。总之，这些发现表明各向同性/各向异性相互作用在 LARKS 衍生肽的层次组装期间支配着竞争性路径。
引言
固有无序蛋白（IDPs）含有低复杂度结构域，驱动液 - 液相分离（LLPS）及随后的液 - 固转变 [1]，[2]。其中，低复杂度、富芳香性弯曲片段（LARKS）代表一类在无序和有序状态之间切换的热可逆、类淀粉样基团 [3]，[4]。与依赖稳定的空间拉链形成不可逆聚集体的淀粉样纤维不同，LARKS 采用低粘附能的瞬时有序β-链，既可用于复凝聚也可用于纤维化 [3]，[5]。这导致了各向同性液滴和各向异性纤维之间的可逆转变 [2]，[5]。这种转变是无膜细胞器粘弹性的核心 [6]，并涉及神经元的功能 [7]，[8]。除了其生物作用外，LARKS 还可用作制造温度敏感和信号响应材料的动态构建模块 [9]。然而，这些基团的结构灵活性和构象异质性通常阻碍精确的超分子组装以及向层次有序结构的长程传播。
大量努力已致力于理解和控制 IDPs 及其 LARKS 结构域的相变 [10]，[11]，[12]，[13]，[14]，[15]，[16]，[17]。已表明诸如离子强度 [10]、pH [11]，[12]、温度 [13]、配体 [14] 和分子拥挤剂 [15] 等环境因素会影响 LLPS 和纤维化之间的转变。此外，序列突变 [16] 和翻译后修饰 [17] 可以改变凝聚体的纤维化状态或导致其不可逆聚集。尽管有这些认识，LARKS 和类似的瞬时有序基团存在固有的路径选择悖论 [18]，[19]，[20]，[21]：它们的低粘附能不可避免地引入了动力学简并性，允许多条组装路径（各向同性 vs. 各向异性，无序 vs. 有序，手性 vs. 非手性）共存和竞争。这一悖论意味着即使单一的 LARKS 序列也能产生异质的组装混合物，阻碍高阶结构的精确组装和传播 [22]，[23]，[24]。虽然环境因素和序列突变可以影响 LLPS 和纤维化之间的转变，但通过编排潜在的竞争性相互作用直接解决这一悖论的合理策略尚未建立。
基于我们先前表明通过调节冷却速率可以在动力学上阻止 LARKS 肽的复凝聚和纤维化的工作 [9]，此处我们进一步假设，通过调节这些肽之间各向同性和各向异性相互作用的平衡，可以通过改变环境条件或序列编程 [25] 实现可控的路径选择。通过系统地调节离子强度、pH、疏水相互作用和序列设计，我们建立了一个用于控制 LARKS 竞争性动力学路径的可编程框架。我们的发现为瞬时有序基团的路径选择悖论提供了机理解释，并为相分离肽系统中层次组装的编程提供了一种可推广的策略。
章节摘要
LARKS 衍生相分离肽的层次组装
通过固相化学合成了一种 LARKS 衍生短肽，该肽通过共价连接四苯基乙烯（TPE）、一种 RGG 基团和一段 LARKS 片段（序列 YGGGSG，源自人角蛋白）。TPE 是一种芳香性“贴纸”，保持适合 LLPS 的两亲性 [26]，RGG 作为灵活的结合位点，通过阳离子 -π 相互作用有助于 LLPS [9]，[27]。LARKS 片段本身作为热敏性“贴纸”，能够在
结论
含有 LARKS 结构域的 IDPs 表现出动态且竞争的组装路径，这是生物凝聚体多阶段相变和功能调控的核心。为了理解支配路径选择的分子间力，我们采用了一种短 LARKS 衍生肽模型，并研究了其在 UCST 转变过程中的自组装行为。我们提出各向同性和各向异性分子间相互作用的平衡决定了优先选择
CRediT 作者贡献声明
徐秀利：写作 – 初稿，方法学，调查，正式分析，数据管理，概念构思。全思奇：软件，数据管理。卢思谦：调查，正式分析。许怡霏：验证，概念构思。高凤丽：可视化，验证，方法学。高黎奔：可视化，验证，方法学。杨石：可视化，验证。张雅歌：可视化，监督。马清茗：验证，监督。曾相泽：写作 – 审阅与编辑，
利益冲突声明
作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：宋扬、曾相泽报告由上海交通大学提供财务支持。如果有其他作者，他们声明没有已知的可能影响本文报告工作的竞争性财务利益或个人关系。
致谢
本研究由上海交通大学交叉研究基金（YG2023QNB28）、国家自然科学基金委员会（22303073）支持。
特别感谢冯传良教授的建议。模拟在 HPCCC 的 MGPU 集群上执行，由香港浸会大学（HKBU）内部资助RC-EMF/23-24/SCI/01支持。
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