Ionic Effect on the Microenvironment of Biomolecular Condensates

化学 离子键合 生物物理学 纳米技术 化学工程 离子 有机化学 材料科学 工程类 生物
作者
Longchen Zhu,Yifei Pan,Ziyi Hua,Yu Liu,Xin Zhang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (20): 14307-14317 被引量:14
标识
DOI:10.1021/jacs.4c04036
摘要

Biomolecules such as proteins and RNA could organize to form condensates with distinct microenvironments through liquid–liquid phase separation (LLPS). Recent works have demonstrated that the microenvironment of biomolecular condensates plays a crucial role in mediating biological activities, such as the partition of biomolecules, and the subphase organization of the multiphasic condensates. Ions could influence the phase transition point of LLPS, following the Hofmeister series. However, the ion-specific effect on the microenvironment of biomolecular condensates remains unknown. In this study, we utilized fluorescence lifetime imaging microscopy (FLIM), fluorescence recovery after photobleaching (FRAP), and microrheology techniques to investigate the ion effect on the microenvironment of condensates. We found that ions significantly affect the microenvironment of biomolecular condensates: salting-in ions increase micropolarity and reduce the microviscosity of the condensate, while salting-out ions induce opposing effects. Furthermore, we manipulate the miscibility and multilayering behavior of condensates through ion-specific effects. In summary, our work provides the first quantitative survey of the microenvironment of protein condensates in the presence of ions from the Hofmeister series, demonstrating how ions impact micropolarity, microviscosity, and viscoelasticity of condensates. Our results bear implications on how membrane-less organelles would exhibit varying microenvironments in the presence of continuously changing cellular conditions.
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