https://doi.org/10.1021/acssensors.4c02851
Abstract
Biomolecular condensates are membraneless compartments with enigmatic roles across intracellular phenomena. Intrinsically disordered proteins (IDPs) often function as condensate scaffolds, fueled by liquid–liquid phase separation (LLPS) dynamics. Intracellular probing of condensates relies on live-cell imaging of IDP-scaffolds tagged with fluorescent proteins. Conformational heterogeneity in IDPs, however, renders them uniquely susceptible to artifacts from tagging. Probing epidermal condensates in skin, we recently introduced genetically-encoded LLPS-sensors that circumvent the need for molecular-level tagging of skin IDPs. Departing from subcellular tracking of IDP-scaffolds, LLPS-sensors report on the assembly and liquid-like dynamics of their condensates. Here, we demonstrate biomolecular approaches for the evolution and tunability of epidermal LLPS-sensors and assess their impact in the early and late stages of intracellular phase separation. Benchmarking against scaffold-bound fluorescent reporters, we discovered that tunable ultraweak scaffold–sensor interactions uniquely enable the sensitive and innocuous probing of nascent and established biomolecular condensates. Our LLPS-sensitive tools pave the way for the high-fidelity intracellular probing of IDP-governed biomolecular condensates across biological systems.
요약
- LLPS 연구의 한계 극복: 기존의 형광 단백질 태깅 방식은 LLPS의 동역학을 왜곡할 가능성이 있었습니다. 이를 해결하기 위해 유전적으로 인코딩된 LLPS 센서를 개발하였습니다.
- LLPS 센서의 설계 및 검증: 약한 다가성 상호작용을 활용하여 LLPS를 선택적으로 탐지하도록 설계되었습니다. 기존 방식보다 더 민감하고 생체 환경을 방해하지 않으며 LLPS 응축체를 정확히 모니터링할 수 있습니다.
- 라이브 셀에서의 LLPS 분석: LLPS 센서는 살아있는 세포에서 실시간으로 LLPS를 추적하며, 응축체 형성 및 조절 과정을 정밀하게 반영합니다.
- 센서 vs 기존 클라이언트 비교: 기존 방식(리간드-타입 클라이언트)보다 응축체 내부 확산성과 선택성이 뛰어납니다. LLPS 환경을 방해하지 않고 보다 정확한 LLPS 탐지가 가능합니다.
- LLPS 센서의 응용 가능성: 신경퇴행성 질환, 암, 약물 표적 탐색 등 다양한 생명과학 연구 분야에서 활용될 수 있습니다. 향후 LLPS 기반 생물학 연구 및 치료 전략 개발에 기여할 수 있을 것으로 기대됩니다.