https://doi.org/10.21203/rs.3.rs-5433278/v1
Abstract
The concentrations of biomolecules in cells are subject to substantial fluctuations, but how cells deal with such variability is still poorly understood. Recently the formation of biomolecular condensates through liquid-liquid phase separation has been proposed as a powerful buffering mechanism to enable local protein concentration to be robust to expression fluctuations. Here, using theory, simulations, in vitro and in vivo experiments we show an orthogonal noise buffering mechanism mediated by phase separation, whereby the total volume of condensates is buffered when the global protein concentration changes. Spatial control mechanisms are needed to robustly localize cellular activities and volume buffering by phase separation offers such a mechanism. Our work thus provides new insights into the potential role of condensates in regulating spatial activities in cells.
요약
- 연구 목적: 본 연구는 다성분 상분리 시스템에서 응축체의 부피 완충(volume buffering) 메커니즘을 분석하고, 단백질 농도 변동이 응축체의 부피 변화로 어떻게 조절되는지 규명하고자 하였습니다.
- 연구 방법: 이론 모델링, 분자동역학 시뮬레이션, 그리고 세포 실험을 결합하여, 단일 성분 상분리와 다성분 상분리에서의 농도 조절 메커니즘 차이를 비교 분석하였습니다.
- 주요 결과: 단일 성분 시스템에서는 농도 완충(concentration buffering)이 발생하여 응축체 내 농도가 일정하게 유지되지만, 다성분 시스템에서는 부피 완충(volume buffering)이 일어나 응축체의 총 부피가 일정하게 유지됨을 발견하였습니다.
- 의의 및 시사점: 본 연구는 세포 내 액체-액체 상분리(LLPS) 과정에서 농도 변동을 제어하는 새로운 방식을 제시하며, 이는 세포 항상성 유지, 유전자 발현 조절, 신호 전달 과정 등에 중요한 역할을 할 수 있음을 시사합니다.
- 결론: 부피 완충 메커니즘이 생체분자 응축체의 안정성을 유지하는 데 필수적임을 밝히며, 향후 단백질 농도 변동이 중요한 다양한 생물학적 시스템에서의 연구와 응용 가능성을 제시하였습니다.