Unveiling the multicomponent phase separation through molecular dynamics simulation and graph theory

分类 分子动力学 化学物理 化学 相(物质) 分子 分离(统计) 生物系统 复杂网络 计算化学 计算机科学 有机化学 机器学习 生物 万维网
作者
Zengshuai Yan,Yu‐qiang Ma,Hong‐Ming Ding
出处
期刊:Journal of Chemical Physics [American Institute of Physics]
卷期号:160 (6) 被引量:9
标识
DOI:10.1063/5.0192529
摘要

Biomolecular condensates formed by multicomponent phase separation play crucial roles in diverse cellular processes. Accurate assessment of individual-molecule contributions to condensate formation and precise characterization of their spatial organization within condensates are crucial for understanding the underlying mechanism of phase separation. Using molecular dynamics simulations and graph theoretical analysis, we demonstrated quantitatively the significant roles of cation-π and π-π interactions mediated by aromatic residues and arginine in the formation of condensates in polypeptide systems. Our findings reveal temperature and chain length-dependent alterations in condensate network parameters, such as the number of condensate network layers, and changes in aggregation and connectivity. Notably, we observe a transition between assortativity and disassortativity in the condensate network. Moreover, polypeptides W, Y, F, and R consistently promote condensate formation, while the contributions of other charged and two polar polypeptides (Q and N) to condensate formation depend on temperature and chain length. Furthermore, polyadenosine and polyguanosine can establish stable connections with aromatic and R polypeptides, resulting in the reduced involvement of K, E, D, Q, and N in phase separation. Overall, this study provides a distinctive, precise, and quantitative approach to characterize the multicomponent phase separation.
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