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研究人员模拟了温度等环境因素如何影响弹性矩阵中油滴的大小

导读 马克斯普朗克动力学与自组织研究所 (MPIDS) 的研究人员在新模型中评估了分子自组织的机制。在他们的研究中,他们模拟了温度等环境因素如

马克斯普朗克动力学与自组织研究所 (MPIDS) 的研究人员在新模型中评估了分子自组织的机制。在他们的研究中,他们模拟了温度等环境因素如何影响弹性矩阵中油滴的大小。该研究还将有助于了解生物细胞中液滴的形成,其中生物分子在冷凝物中自组织。全文最近发表在著名期刊 PNAS 上。

在生物学中,细胞内部的适当调节对于确保生物过程的功能至关重要。然而,细胞可以是非常复杂的结构,具有数千种不同类型的分子和数百万个蛋白质拷贝数。为了组织这种巨大的复杂性,需要多种机制来创建提供定义和动态条件的亚细胞环境。例如,由于通过膜进行分界,细胞器能够隔离细胞环境。然而,在拥挤的细胞基质中,也需要生物分子的结构化组织。在那里,具有确定分子组成的所谓生物分子缩合物可以自发​​形成。这种现象的突出例子包括应力颗粒和转录凝聚物。这些凝聚物被细胞中的弹性结构元件包围,包括细胞核中的细胞骨架和染色质。问题是:弹性结构如何影响凝聚物,细胞能否利用这种相互作用在动态细胞环境中施加控制?

模型提供了对分子组织领域的访问

由于实际上不可能实时跟踪细胞中数百万个分子的详细相互作用,因此研究人员使用模型来描述该现象的各个方面。该研究的第一作者 Estefania Vidal-Henriquez 解释说:“我们使用油滴来代表细胞质中的材料,并使用聚合物网来模拟生物支架。”“在某些条件下液滴尺寸的动态发展为我们提供了有关生物分子如何在细胞环境中排列的信息。”该模型描述了不同液滴尺寸的分布及其相对丰度。此外,它认为周围的基质可能会被破坏——这指的是生物支架的重新排列。

相分离是关键机制

解释这种冷凝物增长的一个强有力的概念是相分离。简而言之,根据条件,两种物质将相互混合或共存。多种因素可能会影响生物学中的相分离,例如 pH、浓度或温度。在模型中,研究人员使用温度调制来研究相分离和液滴形成的影响。慢慢降低系统的温度,观察到油滴的自发成核,随着时间的推移,这些油滴通过吸收周围的物质而变得更大。有趣的是,在更快的冷却速度下更多,但会出现更小的液滴。因此,外部影响因素变化的速度在结构形成中起着至关重要的作用。

“通过我们的模型,我们描述了分子组成如何在弹性矩阵的微观尺度上排列”,该研究的资深作者、MPIDS 的组长 David Zwicker 总结道。关于温度调节的影响,他补充说:“我们预计生物分子凝聚物的行为也会类似,这些凝聚物通常是对细胞中温度、pH 值或蛋白质浓度变化的反应。”该模型提供了在技术和生物背景下描述微观模式形成的基础。

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