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Programming molecular self-assembly of intrinsically disordered proteins containing sequences of low complexity

内在无序蛋白质 微尺度化学 合理设计 分区(防火) 化学 纳米技术 计算生物学 生物物理学 相(物质) 生物系统 材料科学 生物 生物化学 数学教育 有机化学 数学
作者
Joseph R. Simon,Nick J. Carroll,Michael Rubinstein,Ashutosh Chilkoti,Gabriel P. López
出处
期刊:Nature Chemistry [Nature Portfolio]
卷期号:9 (6): 509-515 被引量:319
标识
DOI:10.1038/nchem.2715
摘要

Dynamic protein-rich intracellular structures that contain phase-separated intrinsically disordered proteins (IDPs) composed of sequences of low complexity (SLC) have been shown to serve a variety of important cellular functions, which include signalling, compartmentalization and stabilization. However, our understanding of these structures and our ability to synthesize models of them have been limited. We present design rules for IDPs possessing SLCs that phase separate into diverse assemblies within droplet microenvironments. Using theoretical analyses, we interpret the phase behaviour of archetypal IDP sequences and demonstrate the rational design of a vast library of multicomponent protein-rich structures that ranges from uniform nano-, meso- and microscale puncta (distinct protein droplets) to multilayered orthogonally phase-separated granular structures. The ability to predict and program IDP-rich assemblies in this fashion offers new insights into (1) genetic-to-molecular-to-macroscale relationships that encode hierarchical IDP assemblies, (2) design rules of such assemblies in cell biology and (3) molecular-level engineering of self-assembled recombinant IDP-rich materials. A programmable model of membraneless organelles comprised of intrinsically disordered proteins (IDPs) containing sequences of low complexity has now been developed. The rules governing the assembly of archetypal IDPs into biologically inspired mixed, layered and size-controlled configurations provides a new means for understanding intracellular phase behaviour of IDPs.
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