蛋白质-膜悬浮液的三维图案形成

许多关键细胞过程，包括细胞分裂和胚胎发育中细胞极性的建立，都由调节图案形成的蛋白质所控制。这些蛋白质通常需要结合到基质（如细胞膜）上与之相互作用并形成二维(2D)图案。然而，膜的连续性和维度如何影响图案形成尚不清楚。本文采用 MinDE 系统——一种典型的图案形成膜蛋白示例——来解决这一问题。我们展示，当脂质基质被分割成亚微米尺寸的可扩散脂球时，ATP 驱动的蛋白质-蛋白质相互作用会生成三维(3D)的空间扩展图案，尽管完全丧失了膜的连续性。值得注意的是，这些3D图案的尺度是单个脂球规模的四个数量级。通过系统性地变化蛋白质浓度、脂球尺寸和密度，我们观察并表征了各种3D动力学图案，这些图案在连续二维膜上并不存在，包括传播波、动力学螺旋和共存相。模拟和线性稳定性分析揭示，分散膜的物理属性会对蛋白质-膜结合速率和扩散产生尺度化效应，这两个关键参数支配图案形成和波长选择。这些发现突显了 Min 系统图案形成能力的鲁棒性，表明蛋白质-膜悬浮液可作为研究三维非平衡自组织的可调节模板，超越体内情境。