用于组装相分离核蛋白凝聚层的固有无序弹性蛋白样多肽的 DNA 结合,Industrial & Engineering Chemistry Research

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用于组装相分离核蛋白凝聚层的固有无序弹性蛋白样多肽的 DNA 结合
Industrial & Engineering Chemistry Research ( IF 3.8 ) Pub Date : 2021-11-23 , DOI: 10.1021/acs.iecr.1c02823
Telmo Díez Pérez _{1,

2,

3} , Adam Quintana ₃ , Jacqueline A. De Lora _{1,

3,

4} , Andrew P. Shreve _{1,

3} , Gabriel P. López _{1,

3} , Nick J. Carroll _{2,

3}

Affiliation

凝聚相核蛋白组装体的形成，例如无膜细胞器 (MLO)，有助于细胞内的基因调控和信号传导，这引起了广泛的关注。一个关键的技术挑战是了解内在无序蛋白质 (IDP) 和核酸分子组分之间的相互作用如何影响液-液相分离 (LLPS) 成核蛋白凝聚物。为了更好地理解 LLPS 驱动生物分子缩合物（称为凝聚层）形成的物理特性，我们研究了一个模型 IDP 系统，该系统使用阳离子弹性蛋白样多肽 (ELP)，“E3”，该系统被设计用于相分离和结合 DNA凝聚层形成后。使用平均场 Flory-Huggins (FH) 理论，我们创建了三元相图来量化 DNA 组分在一系列盐和 E3 成分的离散富含蛋白质和溶剂的相中的分配。我们建议改进的 FH 理论将规范的 FH 相互作用参数与 Debye-Hückel 理论的近似值相结合，以预测 E3-DNA 相互作用的强度和不同盐浓度的分配。最后，我们建立了一个简单的两步 DNA 溶液分离/纯化分析，以突出我们系统的潜在效用。该模型 LLPS 生物聚合物平台代表了对合成生物学和 DNA 技术的基于化学工程的重要贡献，可能对生命起源的讨论产生影响。我们建议改进的 FH 理论将规范的 FH 相互作用参数与 Debye-Hückel 理论的近似值相结合，以预测 E3-DNA 相互作用的强度和不同盐浓度的分配。最后，我们建立了一个简单的两步 DNA 溶液分离/纯化分析，以突出我们系统的潜在效用。该模型 LLPS 生物聚合物平台代表了对合成生物学和 DNA 技术的基于化学工程的重要贡献，可能对生命起源的讨论产生影响。我们建议改进的 FH 理论将规范的 FH 相互作用参数与 Debye-Hückel 理论的近似值相结合，以预测 E3-DNA 相互作用的强度和不同盐浓度的分配。最后，我们建立了一个简单的两步 DNA 溶液分离/纯化分析，以突出我们系统的潜在效用。该模型 LLPS 生物聚合物平台代表了对合成生物学和 DNA 技术的基于化学工程的重要贡献，可能对生命起源的讨论产生影响。

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DNA Binding by an Intrinsically Disordered Elastin-like Polypeptide for Assembly of Phase Separated Nucleoprotein Coacervates

The formation of condensed phase nucleoprotein assemblies, such as membraneless organelles (MLOs), that contribute to gene regulation and signaling within the cell is garnering widespread attention. A critical technical challenge is understanding how interactions between intrinsically disordered protein (IDP) and nucleic acid molecular components affect liquid–liquid phase separation (LLPS) into nucleoprotein condensates. To better understand the physics of LLPS that drive the formation of biomolecular condensates (known as coacervates), we investigate a model IDP system using a cationic elastin-like polypeptide (ELP), “E3”, that is engineered to phase separate and bind DNA upon coacervate formation. Using mean field Flory–Huggins (FH) theory, we create ternary phase diagrams to quantify DNA component partitioning within discrete protein- and solvent-rich phases across a range of salt and E3 compositions. We suggest a modified FH theory that combines canonical FH interaction parameters with an approximation of the Debye–Hückel theory to predict the strength of E3–DNA interactions and partitioning with a variable salt concentration. Finally, we establish a simple two-step DNA solution separation/purification assay to highlight the potential utility of our system. This model LLPS biopolymer platform represents an important chemical engineering-based contribution to synthetic biology and DNA technologies, with possible implications for origin of life discussions.

更新日期：2021-12-08

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