https://doi.org/10.1101/2025.03.27.645651
요약
- G3BP1의 pH-의존적 구조 변화가 스트레스 과립(stress granule, SG) 형성에 미치는 영향 규명: 이 연구는 G3BP1 단백질이 환경적 pH와 염 농도 변화에 따라 확장된(conformationally extended) 또는 압축된(compact) 구조를 가지며, 이러한 구조적 유연성이 SG 형성 능력을 조절한다는 것을 보여줍니다.
- SEC-SAXS를 통한 G3BP1 구조 분석: Size-exclusion chromatography-coupled small-angle X-ray scattering (SEC-SAXS)를 사용하여 full-length G3BP1의 구조를 분석하였고, G3BP1은 항상 이합체(homodimer) 상태를 유지하며, pH가 낮고 염 농도가 낮을수록 더 압축된 형태를 취하는 것을 확인하였습니다.
- 압축된 G3BP1이 LLPS(액-액 상분리) 능력을 증가시킴: pH 6.0, 저염 농도(50 mM NaCl) 환경에서 G3BP1은 압축된 구조를 가지며, 이 상태에서 RNA 의존적뿐만 아니라 RNA 비의존적으로도 condensate를 형성할 수 있었습니다. 이러한 condensate 형성은 염 농도가 높아지면 억제되었습니다.
- RGG 도메인의 역할: RGG 도메인을 제거한 G3BP1(ΔRGG)은 pH와 염 농도 변화에 따른 구조적 변화가 나타나지 않았으며, condensate 형성도 현저히 감소하였습니다. 이는 RGG 도메인이 G3BP1의 구조적 유연성과 상분리 능력 조절에 필수적임을 의미합니다.
- 스트레스 과립 조절 메커니즘 제안: G3BP1은 스트레스 조건(저 pH)에서 구조적 재배열을 통해 RNA-RNA 및 단백질-RNA 상호작용을 촉진하여 SG 형성 역치(threshold)를 낮춥니다. 이는 세포가 스트레스에 적응하고 세포막 손상 복구와 같은 기능을 수행하는 데 중요한 역할을 한다고 제안하였습니다.
Abstract
Stress granules (SGs) are cytoplasmic condensates of proteins and RNAs that form in response to cellular stress, playing a critical role in protecting cells during adverse conditions. G3BP proteins act as a central node and molecular switch in SG assembly. Growing evidence indicates that conformational changes in G3BP1 mediate its phase separation competence. However, the mechanistic basis underlying how G3BP conformational dynamics contribute to SG formation has remained elusive. Here, we demonstrate that the G3BP1 homodimer adopts both distinct expanded and compact conformations in solution, with transitions finely modulated by physiological changes in ionic strength and pH. Notably, the G3BP1(ΔRGG) deletion mutant, which is SG-incompetent, abolishes environmentally induced conformational transitions, underscoring the pivotal regulatory role of the RGG domain in G3BP1 dynamics. Additionally, G3BP1 can undergo RNA-independent phase separation at pH 6. Our findings establish a structural framework that connects the conformational plasticity of G3BP1 to its capacity for condensate assembly. We propose that the interplay between intrinsically disordered regions (IDRs), regulated by pH-driven conformational dynamics of G3BP1, finely tunes the threshold for initial granule assembly. These insights significantly enhance our understanding of SG dynamics and provide a mechanistic foundation for investigating how environmental stress conditions influence SG formation and function.