https://doi.org/10.1101/2025.04.11.648422
요약
- CAPRIN1 scaffold가 FUS RRM 응집을 억제합니다: FUS RRM은 응축되지 않은 상태에서 쉽게 풀리고 응집되지만, CAPRIN1이 형성한 condensate 내부에서는 오히려 응집이 억제됩니다. 이 억제 효과는 FUS RRM의 농도가 2배로 증가하고 단백질이 더 많이 풀린(unfolded) 상태로 존재함에도 불구하고 나타났으며, 이는 scaffold와의 상호작용이 응집을 유발하는 client 간 상호작용을 대체하거나 차단하기 때문입니다.
- 응집은 unfolded 상태의 FUS RRM에서 일어납니다: NMR 실험을 통해 응집은 접힌(folded) 상태가 아닌 풀린(unfolded) 상태의 FUS RRM 간의 일시적 접촉에서 시작됨이 확인되었습니다. 특히 G335–A369, I287–I308 부위에서 강한 hydrophobic contact가 존재하며, 이 부위들이 aggregation hotspot으로 작용합니다.
- CAPRIN1은 FUS RRM을 더 많이 풀리게 하지만 응집은 막습니다: 응축상 내 CAPRIN1은 FUS RRM의 unfolded 비율을 증가시키면서도, aggregation은 억제하였습니다. 이때 FUS RRM의 folded 상태는 dilute phase에서 92%였으나 condensate 안에서는 69%로 감소하였고, 높은 unfolded 상태가 존재함에도 aggregation은 발생하지 않았습니다.
- FUS RRM과 CAPRIN1의 상호작용 부위는 응집 hotspot과 겹칩니다: NOE 실험을 통해 CAPRIN1과 FUS RRM의 비동종 상호작용 부위를 분석한 결과, CAPRIN1은 unfolded FUS RRM의 aggregation hotspot 부위(예: 287IFVQ290, 296VTIES300, 322INLY325, 351IDWFDG356)와 강하게 상호작용하며 이 부위들이 homotypic contact 대신 scaffold와 상호작용하게 만듭니다.
- 이 연구는 응축체가 client 단백질을 보호하는 메커니즘을 원자 수준에서 설명합니다: 일반적으로 condensate는 aggregation을 촉진한다고 알려져 있지만, 이 연구는 scaffold가 특정 client 단백질의 응집 유도 부위와 경쟁하여 aggregation을 억제할 수 있음을 atomic resolution으로 증명하였습니다. 이는 stress granule 같은 세포 내 응축체가 단백질 항상성 유지에 중요한 역할을 할 수 있음을 의미합니다.
Abstract
Many studies have shown that sequestration of client proteins into condensates locally increases their concentrations and/or modulates their conformational landscapes to promote aberrant aggregation. Far fewer examples have emerged where the proteinaceous condensed phase environment protects clients from aggregation. Here, we show that a condensate scaffolded by the C-terminal disordered region of Cell Cycle Associated Protein 1 (CAPRIN1) suppresses aggregation of the Fused in Sarcoma (FUS) RNA Recognition Motif (RRM) client, both components of stress granules. Although FUS RRM aggregation is mediated through the unfolded ensemble, comparative NMR studies of the FUS RRM outside and within the condensate establish that CAPRIN1 condensates attenuate FUS RRM aggregation despite locally increasing its concentration by 2-fold and significantly unfolding the domain. Regions of transient intermolecular contacts between unfolded FUS RRM protomers driving aggregation have been identified, including the hydrophobic segments spanning I287-I308 and G335-A369. Intermolecular NOE experiments recorded on the FUS RRM:CAPRIN1 condensate indicate that CAPRIN1 interacts with much of the unfolded FUS RRM, with regions of stronger contacts including the RRM sequences 287IFVQ290, 296VTIES300, 322INLY325, and 351IDWFDG356. These interactions collectively outcompete the homotypic contacts between unfolded FUS RRM clients driving aggregation. Our results demonstrate that condensate scaffold molecules can, in some cases, shield client interprotomer interactions, delaying or completely suppressing their aggregation.