https://doi.org/10.1101/2025.02.26.638501
Abstract
Mg2+ ion-dependent RNA liquid–liquid phase separation with lower critical solution temperatures is driven by the phosphate backbone and modulated by the solvation property of nucleobases. Here, we report a key role of the 2’-OH group of ribose sugar in RNA condensation in the presence of divalent cations. We show that 2’-deoxyribose inhibits nucleic acid phase separation and suppresses the intra-condensate networking transition, known as percolation, that underlies the condensate dynamical arrest. All-atom simulations reveal increased solvation and compaction of single-stranded DNA compared to RNA, suggesting an unintuitive role of chain flexibility in modulating heat-induced nucleic acid phase separation and percolation transitions. Further, 2’-O-methylation (2’-O-Me) of RNA, a common sugar modification, lowers the driving force of RNA phase transitions. These results highlight the diverse physicochemical parameters governing nucleic acid phase behavior and suggest how sugar modifications may have evolved to robustly tune the formation and dynamical arrest of RNA condensates.
요약
- RNA의 2’-OH 그룹은 LLPS 및 퍼콜레이션 전이에 중요한 역할을 함: RNA의 2’-OH 그룹이 존재하면 액체-액체 상분리(LLPS)와 퍼콜레이션(percolation) 과정이 촉진되지만, DNA는 이러한 성질이 약하게 나타남을 확인하였습니다.
- RNA는 ssDNA보다 높은 상분리 경향을 보이며, 퍼콜레이션 전이가 쉽게 발생함: 동일한 염기서열을 가진 RNA와 ssDNA를 비교한 결과, RNA가 더 쉽게 상분리되며, 응축체 내부에서 퍼콜레이션 네트워크가 더 활발하게 형성됨을 발견하였습니다.
- 2’-O-메틸화(2’-O-Me)된 RNA는 상분리 및 퍼콜레이션을 억제함: RNA의 2’-OH 그룹이 메틸화되면 상분리 구동력이 감소하며, 응축체의 형성이 더 가역적(reversible)으로 변하여 LLPS 특성이 조절될 수 있음을 확인하였습니다.
- 마그네슘(Mg²⁺)과 칼슘(Ca²⁺) 이온이 RNA 상분리에 미치는 영향이 다름: Mg²⁺와 Ca²⁺ 이온 농도를 조절한 실험에서, RNA의 상분리 및 퍼콜레이션이 Mg²⁺보다 Ca²⁺에 의해 더 강하게 유도됨을 관찰하였습니다.
- RNA와 ssDNA의 응축체 형성은 pH 변화에 따라 다르게 반응함: 특정 pH 범위에서 RNA는 가역적 상분리를 보이지만, 산성 환경(pH 5 이하)에서는 응축체가 비가역적으로 변화하는 경향을 보였습니다.