Protein Condensate Formation via Controlled Multimerization of Intrinsically Disordered Sequences.
Protein Condensate Formation via Controlled Multimerization of Intrinsically Disordered Sequences.
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DOI：
10.1021/acs.biochem.2c00250
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发表时间：
2022-11-15
期刊：
影响因子：
2.9
通讯作者：
Good, Matthew C.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Garabedian, Mikael V.;Su, Zhihui;Dabdoub, Jorge;Tong, Michelle;Deiters, Alexander;Hammer, Daniel A.;Good, Matthew C.
许多具有低复杂性或本质上无序序列（IDR）的蛋白质能够进行液-液相分离，形成介观尺度冷凝物，其充当生化生态位，能够浓缩或隔离大分子并调节细胞活性。工程化的无序蛋白质已被用来在细胞中产生可编程的合成无膜细胞器。相分离由多肽之间的相互作用强度控制，多价在较低浓度下增强相分离。此前，我们和其他人证明了多价前体对 IDR 价态的酶控制，以溶解凝聚相。在这里，我们开发了非共价策略来多聚化单个 IDR（LAF-1 的 RGG 结构域），使用蛋白质相互作用结构域来调节体外和活细胞中的冷凝物形成。首先，我们使用同源高亲和力卷曲螺旋对在体外形成稳定的缩合物来表征 RGG 结构域在任一末端的模块化二聚化。其次，我们证明了在二聚体存在的情况下对与 FRB 和 FKBP 融合的 RGG 结构域的相分离进行时间控制。此外，使用光笼二聚器，我们在细胞大小的乳液和活细胞内实现了光诱导凝结。总的来说，这些模块化工具允许采用多种策略来促进共同核心 IDR 的相分离，从而实现冷凝水组件的可调控制。
Many proteins harboring low complexity or intrinsically disordered sequences (IDRs) are capable of undergoing liquid–liquid phase separation to form mesoscale condensates that function as biochemical niches with the ability to concentrate or sequester macromolecules and regulate cellular activity. Engineered disordered proteins have been used to generate programmable synthetic membraneless organelles in cells. Phase separation is governed by the strength of interactions among polypeptides with multivalency enhancing phase separation at lower concentrations. Previously, we and others demonstrated enzymatic control of IDR valency from multivalent precursors to dissolve condensed phases. Here, we develop noncovalent strategies to multimerize an individual IDR, the RGG domain of LAF-1, using protein interaction domains to regulate condensate formation in vitro and in living cells. First, we characterize modular dimerization of RGG domains at either terminus using cognate high-affinity coiled-coil pairs to form stable condensates in vitro. Second, we demonstrate temporal control over phase separation of RGG domains fused to FRB and FKBP in the presence of dimerizer. Further, using a photocaged dimerizer, we achieve optically induced condensation both in cell-sized emulsions and within live cells. Collectively, these modular tools allow multiple strategies to promote phase separation of a common core IDR for tunable control of condensate assembly.
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