https://doi.org/10.1101/2024.12.21.629870
Abstract
The formation of biomolecular condensates is involved in compartmentalisation, regulation, and signalling across most living organisms. Condensation can be driven by phase separation of proteins, and involves highly dynamic, multivalent, and weak interactions of their intrinsically disordered regions (IDRs). Understanding these interactions has been limited by the lack of large-scale experimental methods capable of generating thermodynamic data. Here, we develop and use Condensate Partitioning by mRNA-Display (CPmD) to directly measure the energetics of the partitioning of almost 100,000 peptides of 14 to 40 amino acid length into condensates formed by an IDR, that of the germ granule protein Dead-box helicase 4 (DDX4). This large set of peptides contained many that were derived from DDX4 itself, as well as a tiling library of a significant fraction of all experimentally characterised IDRs. We show that the results of such large scale partitioning studies yield a uniquely quantitative picture of the driving forces that govern IDR condensate formation of DDX4, as well as partitioning of other sequences into its condensates. Furthermore, we demonstrate that the derived set of interactions is also able to quantitatively explain condensate formation of unrelated sequences.
요약
- 주제 및 배경: 무질서한 영역(IDRs)의 상분리는 생체분자 응축체 형성에 중요한 역할을 합니다. 본 연구는 IDR이 응축체를 형성하는 원리를 정량적으로 분석하였습니다.
- CPmD 기법 개발: 새로운 Condensate Partitioning by mRNA-Display (CPmD) 기법을 개발하여, IDR 서열의 응축체 형성 능력을 대규모로 측정하였습니다.
- DDX4N1 응축체에서 IDR 서열 스크리닝: 거의 100,000개의 펩타이드 서열을 분석하여, 특정 아미노산 조성이 응축체 형성에 중요한 역할을 함을 확인하였습니다.
- IDR의 "서열 문법(sequence grammar)" 규명: 방향족 아미노산(Phenylalanine, Arginine)의 주기적 배열이 응축체 형성의 핵심 기작임을 밝혔으며, 다른 IDRs에서도 동일한 패턴이 나타났습니다.
- 연구 의의 및 전망: 본 연구는 IDR의 응축체 형성을 예측할 수 있는 서열 기반 모델을 개발하는 데 기여하며, 향후 응축체 관련 질병 연구 및 신약 개발에 활용될 수 있습니다.