https://doi.org/10.1038/s41557-024-01706-7
Abstract
Biomolecular condensates composed of proteins and RNA are one approach by which cells regulate post-transcriptional gene expression. Their formation typically involves the phase separation of intrinsically disordered proteins with a target mRNA, sequestering the mRNA into a liquid condensate. This sequestration regulates gene expression by modulating translation or facilitating RNA processing. Here we engineer synthetic condensates using a fusion of an RNA-binding protein, the human Pumilio2 homology domain (Pum2), and a synthetic intrinsically disordered protein, an elastin-like polypeptide (ELP), that can bind and sequester a target mRNA transcript. In protocells, sequestration of a target mRNA largely limits its translation. Conversely, in Escherichia coli, sequestration of the same target mRNA increases its translation. We characterize the Pum2–ELP condensate system using microscopy, biophysical and biochemical assays, and RNA sequencing. This approach enables the modulation of cell function via the formation of synthetic biomolecular condensates that regulate the expression of a target protein.
요약
- 합성 생체분자 응축체의 설계 및 기능: RNA-결합 단백질 Pumilio2(Pum2)와 탄성-유사 폴리펩타이드(ELP)를 융합하여 특정 mRNA를 선택적으로 결합하고 조절하는 합성 응축체를 개발하였습니다.
- 상분리(Phase Separation)와 번역 조절: Pum2–ELP 응축체는 특정 mRNA를 격리하여 번역을 조절하며, 이를 통해 세포 내 유전자 발현을 조절할 수 있음을 보여주었습니다.
- E. coli 내 번역 촉진 효과: E. coli에서 합성 응축체는 특정 mRNA를 보호하고 번역 인자 및 리보솜을 집중시켜 번역을 증가시키는 효과를 보였습니다.
- 프로토셀 내 번역 억제 효과: 반면, 시험관 내 프로토셀에서는 동일한 응축체가 특정 mRNA의 번역을 억제하는 반대 효과를 나타냈습니다.
- 유전자 회로를 보완하는 새로운 번역 조절 전략: 기존 전사 조절 중심의 유전자 회로와 차별화되는 방식으로, 합성 생체 응축체를 활용하여 번역 수준에서 유전자 발현을 조절하는 새로운 방법을 제안하였습니다.