https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.12.12.628163
Abstract
Spatial organization is fundamental to biological systems, with biomolecular condensates as a key subset. Many studies show that folded domains play important roles in condensate formation by facilitating interactions. However, little is known about how the presence of large structured elements impacts condensate formation. Using coarse-grained simulations, we investigated a model system of two multivalent proteins, one containing a coiled-coil domain (CCD), which undergoes liquidliquid phase separation (LLPS). We found that CCDs promote LLPS by preventing loop-closure defects, enabling protein networking. Replacing the CCD with a flexible linker abolishes LLPS due to formation of oligomeric clusters. There is a critical length of the CCD where the system rapidly changes from no LLPS to LLPS at low concentrations. This highlights their potential in regulating condensate formation and properties. This study provides insights into the phase behavior of biomolecular condensates and offers a framework for designing synthetic condensates with tunable phase behaviors.
요약
- 코일-코일 도메인의 역할: 코일-코일 도메인(CCD)은 생체 분자 응축체의 액체-액체 상 분리(LLPS)를 촉진하는 중요한 구조적 요소로 작용합니다. CCD는 단백질 네트워킹을 가능하게 하여 응축체 형성을 지원합니다.
- 유연한 연결기와의 차이: CCD가 포함된 시스템은 유연한 연결기가 포함된 시스템과 다르게 행동합니다. 유연한 연결기는 고리 결함(loop defect)을 형성하게 되어 간섭을 초래하고, 이는 응축체 형성을 방해합니다.
- 임계 길이 효과: 연구에서는 CCD의 길이가 특정 임계값(L*eq 약 12nm)을 초과할 경우 응축체 형성이 효율적으로 이루어진다는 것을 발견했습니다. 이보다 짧은 CCD는 LLPS를 방해하고 젤화 현상만 나타냅니다.
- 기하학적 제약: CCD는 단백질 간의 상호작용에서 기하학적 제약을 생성하여 고리 결함의 형성을 방지합니다. 이로 인해 단백질 네트워크의 형성이 촉진되며, 이는 LLPS의 발달로 이어집니다.
- 합성 응축체 설계에 대한 시사점: 이 연구는 CCD가 생체 분자 응축체의 형성과 특성 조절에 중요한 기여를 한다는 점을 강조하며, 향후 합성 응축체 설계에서 이러한 도메인을 활용할 수 있는 가능성을 제시합니다.