液-液微相分离导致无膜细胞器的形成

蛋白质与核酸可在体外与体内自发自组装为无膜的液滴状隔室。这些液滴的关键组分是多价蛋白质，其拥有若干具特定相互作用伙伴的黏附结构域（其数目决定蛋白质的总价数），并由无序区隔开。本文通过多尺度模拟表明，此类蛋白质自组织为不同尺寸的微相分离液滴，而非同聚物或平衡物理凝胶的 Flory 类宏相分离平衡态。我们显示微相分离态是两个竞争过程相互作用的动态结果：蛋白质间扩散受限的相遇，以及小簇内动力学导致可用价数耗尽，即所有特异性相互作用结构域在较小簇内找到其相互作用伙伴，从而引发相分离受阻。我们首先将这些多价链建模为具有多个由半柔性连接子隔开的黏附结构域的珠-簧聚合物，并使用 Langevin 动力学（LD）评估关键时间尺度如何依赖于缔合聚合物的分子性质。利用 LD 模拟的时间尺度，我们发展了粗粒化动力学模型以在更长时间研究该现象。与 LD 模拟一致，宏相分离态仅在高浓度与大相互作用价数下被观察到。此外，在簇尺寸接近宏相分离的 regime，凝聚相变为动态类固态，暗示其可能不再具生物学功能。因此，微相分离态可能是具 sticker-spacer 架构的蛋白质形成功能性液滴的标志。