https://doi.org/10.1063/5.0236610
요약
- 기계생물학(mechanobiology)과 condensate의 연관성: 이 논문은 기계생물학의 핵심 목표인 세포와 조직 내 기계적 힘 및 물질 특성이 생물학적 기능에 어떻게 영향을 미치는지를 condensate를 통해 이해하고자 합니다.
- biomolecular condensate의 물질 특성과 기능: Biomolecular condensates는 세포 내 기능에 맞춰 물질 특성이 조정된다고 가정되며, 이로 인해 기계적 자극에 반응하거나 세포 기능을 조절하는 중요한 역할을 수행할 수 있습니다. 예를 들어, 액체는 힘을 완화하고 분산시키며, 고체는 기계적 스트레스를 저장하고 전달합니다.
- 액체-고체 전이의 생리적 역할: Condensate가 액체-고체로 상태가 변할 경우, 기계적 신호의 전달 방식이 달라집니다. 이러한 전이는 세포 간 힘의 전달, 분화(differentiation), 신경망(neuronal network) 동역학, 외부 자극에 대한 반응 등 생리적 과정에 영향을 줄 수 있습니다.
- 복잡한 세포 환경에서의 rigidity phase transition: 논문에서는 세포 내 복잡한 환경에서 rigidity(강성) phase transition이 어떻게 일어나는지, 이를 유도하는 분자적 요인들에 대해 현재까지 밝혀진 내용을 정리합니다.
- 기술 발전과 연구 동향: 이 논문은 condensate의 물질적 특성과 기계적 반응을 연구하기 위해 필요한 기술적 발전을 소개하며, 이를 통해 condensate의 기계적 역할을 탐구하는 최신 연구 동향을 요약합니다.
Abstract
The central goal of mechanobiology is to understand how the mechanical forces and material properties of organelles, cells, and tissues influence biological processes and functions. Since the first description of biomolecular condensates, it was hypothesized that they obtain material properties that are tuned to their functions inside cells. Thus, they represent an intriguing playground for mechanobiology. The idea that biomolecular condensates exhibit diverse and adaptive material properties highlights the need to understand how different material states respond to external forces and whether these responses are linked to their physiological roles within the cell. For example, liquids buffer and dissipate, while solids store and transmit mechanical stress, and the relaxation time of a viscoelastic material can act as a mechanical frequency filter. Hence, a liquid-solid transition of a condensate in the force transmission pathway can determine how mechanical signals are transduced within and in-between cells, affecting differentiation, neuronal network dynamics, and behavior to external stimuli. Here, we first review our current understanding of the molecular drivers and how rigidity phase transitions are set forth in the complex cellular environment. We will then summarize the technical advancements that were necessary to obtain insights into the rich and fascinating mechanobiology of condensates, and finally, we will highlight recent examples of physiological liquid–solid transitions and their connection to specific cellular functions. Our goal is to provide a comprehensive summary of the field on how cells harness and regulate condensate mechanics to achieve specific functions.