https://doi.org/10.1038/s41589-024-01828-6
Abstract
A molecular grammar governing low-complexity prion-like domain phase separation (PS) has identified tyrosine and arginine as primary drivers via aromatic–aromatic and aromatic–arginine interactions. Here we show that additional residues and contacts contribute to PS, highlighting the need to include these contributions in PS theories and models. Tyrosine and arginine make important contacts beyond tyrosine–tyrosine and tyrosine–arginine, including arginine–arginine contacts. Among polar residues, glutamine contributes to PS with sequence and position specificity, contacting tyrosine, arginine and other residues, both before PS and in condensed phases. The flexibility of glycine enhances PS by allowing favorable contacts between adjacent residues and inhibits the liquid-to-solid transition. Polar residues also make sequence-specific contributions to liquid-to-solid transition, with serine positions linked to the formation of an amyloid-core structure by the FUS low-complexity domain. Hence, an extended molecular grammar expands the role of arginine and polar residues in prion-like domain protein PS and reveals the position dependence of residue contribution to solidification.
요약
- 극성 잔기와 아르기닌의 역할 확장: 기존의 상분리(Phase Separation, PS) 이론은 주로 티로신과 아르기닌 간의 방향족-방향족 및 방향족-아르기닌 상호작용에 초점을 맞추었으나, 본 연구에서는 글루타민, 세린 등 다른 극성 잔기도 상분리에 기여함을 밝혔습니다.
- FUS 단백질 상분리 모델 연구: FUS 단백질의 저복잡성(low-complexity) 영역과 RGG1 도메인을 결합한 LC-RGG1 모델을 이용하여, 이들 간의 상분리 특성을 원자 수준에서 분석하였습니다.
- 글루타민과 글리신의 상분리 기여: 글루타민은 특정 서열 및 위치에 따라 티로신 및 아르기닌과 직접 상호작용하며, 상분리를 조절하는 중요한 역할을 합니다. 글리신은 유연성을 증가시켜 인접 잔기 간의 유리한 접촉을 형성하며, 액체-고체 전이(liquid-to-solid transition)를 억제하는 효과를 가집니다.
- 서열 특이적 극성 잔기의 액체-고체 전이 기여: 세린의 위치는 아밀로이드 코어 형성과 연결되며, 특정 극성 잔기가 액체-고체 전이 과정에서 중요한 역할을 함을 시사합니다.
- 확장된 분자 문법 제안: 기존의 ‘stickers and spacers’ 모델을 보완하여, 아르기닌과 극성 잔기의 역할을 확장한 새로운 분자 문법을 제시하며, 단백질 상분리 및 응축체 형성에 대한 이해를 심화하였습니다.