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Liquid–liquid phase separation in cellular signaling systems
RNA和蛋白质的液液相分离现在被认为是RNP颗粒形成的一个重要的机制,细胞信号似乎也采用相分离的方式在细胞质或者细胞膜进行进行扩增或者信号转导的调控,在30年前就已经确认的受体聚集事件,现在又可以从相分离的角度进行新的审视。固有失序蛋白质或区域对于动态的蛋白质互作或者转录后的修饰对于这一过程具有灵活性或者可接近性,本综述回顾了近期的一些例子,来阐明相分离驱动的一些机制和细胞信号转导系统的联系。
多种蛋白质复合物的聚集是细胞信号转导过程中的重要一个过程。最近的一些研究表明蛋白质富集的液液相分离具有高度动态的性质。液液相分离被认为是无膜细胞器形成的一种机制,尤其是RNP 颗粒。但是在细胞信号咋混到过程中,其也是一个重要的概念,比如Di-Dvl在wnt信号通路。在相分离的过程中,依赖于多种蛋白质的互作,涉及内在无需蛋白质的参与,或者是那些含有多种IDR序列的蛋白质,由于信号蛋白和IDR在信号系统核心的位置,以及它们在多种模式的结构域中的频繁出现,使得相分离在信号转导过程中是非常普遍的现象。三维的无膜细胞器在细胞质中的出现又被称为无膜细胞器,斑或者液滴。但是,相分离的蛋白质可以与膜连接通过膜结合的蛋白质成分,导致膜表面发生伪二维相分离。 膜上的这种二维相分离与受体聚集密切相关,并且可能是其背后的驱动力。 相分离使得可以形成具有新兴性质的微环境,该环境对于隔离底物或酶或建立专门的反应环境可能有用[5′,21′,22,23]。 相分离还为小区信令提供了附加的控制层,并提供了一种类似开关的行为并集成了多个输入的机制[11,12-12]。
相分离的多价,亲和和浓度的特点
机制研究表明,在细胞信号转导的过程中,存在SH3以及PRM等的结构域,这些结构域的存在,能够支持多种共价互作。
二维相分离聚簇
常见的是由 Nck和N-WASP组成的复合体,它们能够促进肌动蛋白纤维在细胞膜与黏着细胞受体nephrin和Arp2/3形成复合物,Nephrin有三个Tyr在一个长链的尾上,经过磷酸化后,其可以结合Nck的单个的SH2结构域,Nck也有SH3结构域,其可以结合N-WASP的PRM结构域,这几种蛋白质之间通过多价互作形成相分离的状态。但是由于nephrin蛋白质是膜界限的,因此这种相分离是二维的,导致相关的信号蛋白在细胞膜附近进行聚集。值得注意的是二维的相分离所需要的组分的浓度远低于三维相分离的浓度。
内在无序蛋白在相分离过程中的作用
无序蛋白质在相分离和二维膜的剧集中是非常常见的,常见的蛋白质包括 Ddx4,FUS,CFTR,TAF15和DYRK3和hnRNPA1,以及LAF-1和nephrin尾部和N-WASP的PRM结构域等。FUS蛋白的N末端LDR区域的参与相分离的区域,含有G,S,T,P,Q,Y等氨基酸,但是缺乏R和K以及带负电荷的氨基酸。而在R末端RGG的R残基,在FUS中可以参与阳离子-Π键的形成。
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