【摘 要】
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细胞中蛋白质、核酸等生物分子可以通过多价相互作用发生液-液相分离,从而提供一种特定的方式让细胞内的特定生物分子发生聚集,形成生物分子凝聚体或者无膜细胞器。这些生物分子凝聚体以及无膜细胞器参与细胞内多种生物过程,在大分子结构组装、功能调控、信号转导等生命活动中发挥重要作用。蛋白质和核酸是参与细胞内液-液相分离的重要组分,其中,核酸在调控生物分子凝聚体的性质中具有重要作用。核酸分子二级结构和序列会影响
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细胞中蛋白质、核酸等生物分子可以通过多价相互作用发生液-液相分离,从而提供一种特定的方式让细胞内的特定生物分子发生聚集,形成生物分子凝聚体或者无膜细胞器。这些生物分子凝聚体以及无膜细胞器参与细胞内多种生物过程,在大分子结构组装、功能调控、信号转导等生命活动中发挥重要作用。蛋白质和核酸是参与细胞内液-液相分离的重要组分,其中,核酸在调控生物分子凝聚体的性质中具有重要作用。核酸分子二级结构和序列会影响生物分子凝聚体的结构和性质,进而调控生物分子凝聚体的生物学功能,然而,核酸序列或结构对蛋白相分离的调控规律尚不明确。基于上述研究现状,结合我们课题组在细胞膜囊泡方面的研究基础,我们探索开发基于细胞膜囊泡的细胞仿生模型用于研究核酸调控蛋白相分离,并对核酸与蛋白相互作用机制进行了初步探讨,研究内容如下:（1）开发基于细胞膜囊泡的细胞仿生模型用于研究核酸调控蛋白相分离。目前,利用纯化的蛋白和核酸可以在溶液环境中研究生物分子相分离。虽然这种简化的溶液体系易于表征,但它缺乏类似细胞内部的拥挤环境和限域效应,其研究结果不易类推到复杂的细胞中。我们利用从细胞中提取的细胞膜囊泡为细胞仿生模型,研究核酸的结构和序列对其结合蛋白相分离的影响,结果发现平行G-四链体结构核酸促进细胞膜囊泡内结合蛋白发生相分离。进一步研究发现这种核酸调控的蛋白相分离具有温度依赖的特点,当温度降低时,相分离现象消失,且该相分离行为具有可逆响应温度变化的特点。该工作显示细胞膜囊泡可以作为一种新的仿生模型用于研究核酸调控蛋白相分离,为研究核酸/蛋白相分离提供新途径。（2）初步探讨核酸调控蛋白相分离的作用机制。在课题组前期工作中,我们鉴定了一种核酸结合蛋白SERBP1,这种蛋白可以特异性地与平行G-四链体结构核酸结合。借助蛋白序列分析软件,我们对SERBP1蛋白序列特征进行分析,发现这种蛋白具有典型相分离的多肽序列。其中,蛋白含有的Prion-like结构域是蛋白温度依赖的相分离的潜在因素;蛋白含有的RGG序列是SERBP1蛋白与平行G-四链体结构核酸结合的潜在因素。利用体外纯化的蛋白以及合成的多肽序列,结合常规生化实验技术方法,我们证实SERBP1蛋白为相分离蛋白,并且平行G-四链体结构核酸促进该蛋白的相分离,该工作可为研究SERBP1蛋白的生物学功能调控途径以及核酸调控蛋白相分离的生物学机制提供新思路。
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