https://doi.org/10.1038/s41557-025-01762-7
요약
- 생체 응축체의 전기화학적 환경은 시간에 따라 변화함: 이 논문은 생체분자 응축체가 시간(aging)에 따라 이온 분포 및 전기화학적 퍼텐셜이 변화하며, 이로 인해 물리적·화학적 기능도 동적으로 조절됨을 보여줍니다.
- 액-겔 전이 및 인터페이스 효과가 핵심 요인: 응축체가 노화됨에 따라 액상에서 겔상으로 전이되며, 이 과정에서 단백질 간 상호작용이 증가하고, 인터페이스 구조 또한 변화하여 내부 pH 및 전위 차이에 영향을 줍니다.
- 전기화학 퍼텐셜 차이를 정량적으로 측정함: 전극 기반 전위 측정(electrochemical potentiometry)과 SHG(Second Harmonic Generation) 이미징을 통해 응축체 내부-외부 전위차 및 표면 전위 변화를 시각적, 수치적으로 정량화하였습니다.
- 응축체 전위 변화에 따른 기능 변화: 젊은 응축체(2시간)는 높은 전위와 더 큰 산화·환원 능력을 가지며, 분자 수송 및 아밀로이드 섬유 형성에 더 큰 영향을 줍니다. 반면, 오래된 응축체(24시간)는 이러한 활성들이 약화됩니다.
- 세포 내 전기화학 조절의 새로운 패러다임 제시: 이 연구는 기존의 이온 채널이나 펌프 중심의 세포 전기화학 조절 개념에서 벗어나, 응축체 자체가 전위 생성과 조절 기능을 가짐을 보여주며, 향후 세포 내 신호 전달·질병 기전 이해에 새로운 길을 열어줍니다.
Abstract
A passive consequence of macromolecular condensation is the establishment of an ion concentration gradient between the dilute and dense phases, which in turn governs distinct electrochemical properties of condensates. However, the mechanisms that regulate the electrochemical equilibrium of condensates and their impacts on emergent physicochemical functions remain unknown. Here we demonstrate that the electrochemical environments and the physical and chemical activities of biomolecular condensates, dependent on the electrochemical potential of condensates, are regulated by aging-associated intermolecular interactions and interfacial effects. Our findings reveal that enhanced dense-phase interactions during condensate maturation continuously modulate the ion distribution between the two phases. Moreover, modulating the interfacial regions of condensates can affect the apparent pH within the condensates. To directly probe the interphase and interfacial electric potentials of condensates, we have designed and implemented electrochemical potentiometry and second harmonic generation-based approaches. Our results suggest that the non-equilibrium nature of biomolecular condensates might play a crucial role in modulating the electrochemical activities of living systems.