大肠杆菌中蛋白质聚集的定位受扩散和拟核大分子拥挤效应控制

错误折叠蛋白质的聚集体是许多年龄相关疾病的标志。最近，它们与大肠杆菌（E. coli）的衰老相关联，其中蛋白质聚集体积累在衰老细菌的老极区域。由于大肠杆菌作为模式生物的潜力，阐明该细菌中的衰老和蛋白质聚集可能为我们在全球范围内理解衰老铺平道路。这条道路上的第一个障碍是破译蛋白质聚集体如何被靶向到特定的细胞内位置。在这里，使用基于个体建模、延时荧光显微镜和自动图像分析的综合方法，我们表明大肠杆菌中与衰老相关的蛋白质聚集体的运动是纯扩散的（布朗运动）。通过活大肠杆菌细胞中蛋白质聚集体的单粒子追踪，我们估计了聚集体的平均大小和扩散常数。我们的结果证明，聚集体在细胞内被动扩散，其扩散常数取决于它们的大小，符合斯托克斯-爱因斯坦定律。然而，聚集体沿细胞长轴的位移被限制在大致对应于细胞极中无拟核空间的区域，从而证实了拟核中增加的大分子拥挤的重要性。因此，我们使用三维个体建模来表明这三个要素（扩散、聚集和拟核中的扩散阻碍）足以且必要地再现关于细胞中聚集体定位的现有实验数据。总的来说，我们的结果强烈支持以下假设：大肠杆菌极中与衰老相关的蛋白质聚集体的定位是由被动扩散-聚集与空间非均匀的大分子拥挤耦合导致的。它们进一步支持了基于大分子拥挤的“软”细胞内结构在大肠杆菌中基于扩散的蛋白质定位中的重要性。