https://doi.org/10.1038/s41467-025-58060-6
요약
- 단일 4펩타이드로 다상 응축체 형성: 이 논문은 하나의 4개 아미노산으로 구성된 펩타이드(WXWW)만을 사용하여 대칭적인 코어-셸(core-shell) 구조의 생체분자 응축체를 형성할 수 있음을 세계 최초로 보고하였습니다. 이는 다상 응축체가 복잡한 조성 없이도 형성될 수 있음을 시사합니다.
- 트립토판(Trp, W)의 결정적 역할: Trp는 강력한 동종 π-π 상호작용(homotypic π-π interaction)을 통해 응축체의 내부 코어 형성을 유도하며, 이를 통해 응축체의 구조를 동질(homogeneous) 상태에서 코어-셸 구조로 전환할 수 있습니다.
- 응축체의 고체-액체 이중성 분석: 코어는 고체에 가까운 성질을, 셸은 액체처럼 유동성이 있으며, FRAP, Cryo-FIB-SEM, Cryo-EM, FLIM 분석을 통해 각 부분의 물성을 정량적으로 규명하였습니다.
- 레독스 반응 및 변형을 통한 동적 조절: 산화 환원 반응(H₂O₂와 DTT) 또는 포스포릴화 같은 화학적 외부 자극을 통해 단일 펩타이드 기반 응축체를 가역적으로 조절할 수 있음을 보여주었으며, 이에 따라 응축체 내부에 선택적으로 물질을 위치시킬 수도 있습니다.
- 합성 생물학 및 나노반응기 설계 기반 제공: 본 연구는 하나의 펩타이드로 다기능성, 다상 구조 응축체를 설계할 수 있는 일반적인 모듈 플랫폼을 제시하였으며, 향후 인공 세포, 분자 반응기, 선택적 약물 전달 시스템 등에 응용될 수 있는 기반이 됩니다.
Abstract
Biomolecular condensates, formed by liquid-liquid phase separation of biomacromolecules, play crucial roles in regulating physiological events in biological systems. While multiphasic condensates have been extensively studied, those derived from a single component of short peptides have not yet been reported. Here, we report the symmetrical core-shell structural biomolecular condensates formed with a programmable tetrapeptide library via phase separation. Our findings reveal that tryptophan is essential for core-shell structure formation due to its strongest homotypical π-π interaction, enabling us to modulate the structure of condensates from core-shell to homogeneous by altering the amino acid composition. Molecular dynamics simulation combined with cryogenic focused ion beam scanning electron microscopy and cryogenic electron microscopy show that the inner core of multiphasic tetrapeptide condensates is solid-like, consisting of ordered structures. The core is enveloped by a liquid-like shell, stabilizing the core structure. Furthermore, we demonstrate control over multiphasic condensate formation through intrinsic redox reactions or post-translational modifications, facilitating the rational design of synthetic multiphasic condensates for various applications on demand.