细胞中充满了数以百万计的不同生物分子，这些生物分子在其子结构中无序地扩散，但它们设法确保了精致的功能和空间特异性。
不同的生物分子在细胞过程中特异性相互作用，并导致有针对性的细胞反应。这通常是通过将生物分子引导至亚细胞区室来实现的。像线粒体这样的区室在空间上被膜分隔开。其他细胞，如核仁，根本没有膜边界。
这些无膜区室是如何形成的仍然是生物学中最大的谜团之一。近年来，一种称为液-液相分离(LLPS)的现象被提出作为隔室组装的驱动力。
马克斯·普朗克分子生理学研究所所长AndreaMusacchio的团队现已开发出一种验证策略，用于评估LLPS在区室形成中的作用，并评估检测LLPS特性的常用方法。该研究发表在《分子细胞》杂志上。
将该策略应用于细胞分裂过程中的着丝粒组装过程，该过程被认为是由LLPS支架(染色体乘客复合体，或CPC)驱动，但未能将LLPS识别为关键驱动因素，证实了这些测定的预测能力较低。这一新策略有可能成为验证迄今为止已确定的其他潜在LLPS驱动程序的作用的重要工具。
蛋白质通过与其他蛋白质相互作用来实现我们体内的大部分功能，但它面临着一个困境——它们在细胞中与4000万个潜在的相互作用伙伴一起移动。
因此，寻找合适的合作伙伴就像大海捞针一样。然而，如果一种蛋白质在正确的时间偶然遇到正确的伴侣的可能性看起来很低，那么细胞已经找到了一种将蛋白质聚集在一起的策略，就像在工作、咖啡馆或俱乐部里遇到潜在的伴侣一样：线索引导蛋白质进入特定的细胞区室，例如质膜或线粒体。
例如，细胞分裂过程是由细胞膜上的信号传导过程启动的，细胞膜上的信号传导过程会激活酶，其信号最终到达细胞核以触发目标基因转录。
在随后的细胞分裂过程中，大量特定的蛋白质相互作用导致在染色体着丝粒处形成多层蛋白质复合物，这确保了母细胞中的染色体无差错地分配给其两个子细胞。
大自然已经为相互作用的蛋白质开发出了某种化学机制：彼此相关的蛋白质都配备了进化保守和暴露的界面，其3D结构中具有详细的化学特性，并且彼此互补。这些基序存在于各个物种中，并且能够实现高度特异性的蛋白质相互作用。
范式的转变?
上世纪之交，人们首次观察到第一个不受物理边界限制的细胞区室。我们现在知道，核仁、P体或应激颗粒浓缩了大分子，主要是蛋白质和RNA，在细胞中具有重要的功能。
这些无膜隔室的发现开辟了一个新的研究领域，其中充满了未解答的问题，其中最具挑战性的是这些隔室是如何形成以及它们如何维持其结构。
近年来，这些隔室是通过称为液-液分层或液-液相分离的过程形成的，类似于水中油滴的自发形成，这一想法已经获得了相当大的发展。
根据这一观点，无膜区室是“凝结物”，其形成基于“驱动”蛋白的瞬时、弱和非特异性相互作用，最终导致它们以高于周围介质的浓度在那里积累。
迄今为止，研究细胞外蛋白质相分离特性的分析已经鉴定出数十种此类驱动因素，其中包括染色体过客复合物(CPC)，据称它可以在着丝粒处形成凝结物，以在有丝分裂过程中调节其组织和功能。
体外不同于体内：你不能忽视细胞质
“对于许多科学家来说，相分离已成为无膜区室形成的默认解释。然而，几乎没有证据表明体外进行的LLPS测定可以真正预测细胞环境中的生理过程，”Musacchio说。
他与他的团队一起开发了一种策略来评估广泛使用的LLPS检测及其预测能力，并将其应用于CPC。
“我们认为，该检测的一个主要弱点是它没有足够准确地模拟溶剂。溶剂定义了蛋白质的溶解度，从而决定了它与其他蛋白质相互作用的能力。”
为了尽可能地模拟细胞的自然环境，科学家将稀释的细菌或哺乳动物细胞裂解物添加到标准LLPS缓冲液中。即使在高度稀释的浓度下，裂解物也完全阻止了冷凝物的形成。为了评估这种现象的普遍性，科学家们用几种其他蛋白质重复了相同的实验，所有这些蛋白质在标准测定中都显示出LLPS特性。事实上，在所有情况下，细胞裂解物的添加都溶解了“冷凝物”。
Musacchio说：“这些结果证实了我们的假设，即细胞环境有效地缓冲了被认为在体外引起LLPS的非特异性弱相互作用。”
预测能力差
细胞中蛋白质的相互作用和功能受到所谓的翻译后修饰的强烈调节。例如，在关键位置有针对性地添加或去除磷酸基团可以立即破坏两种蛋白质之间的相互作用。这些自然修饰可以在实验室中通过突变进行模仿，并且是研究许多细胞过程时的首选方法。
通过在参与识别磷酸化线索的四个残基处引入突变，科学家产生了CPC突变体，该突变体无法被招募到着丝粒并且不会在那里积累。尽管如此，该突变体在体外测定中仍然显示出完整的LLPS潜力，表明该测定无法预测CPC定位和功能。
“我们的结果表明，体外单一成分的LLPS无法预测复杂而拥挤的细胞环境中的溶解度和定位。通过已建立的测定法确定的假定LLPS支架列表将需要进行广泛的重新检查，并且我们的验证策略我们在这里的演讲可能会指导这一努力，”Musacchio说。
“未来，我们计划用许多假定的LLPS支架重复我们的实验，特别是那些已成为LLPS领域发展旗舰的支架。我们的实验表明，细胞质是一种有效的溶剂，其作用不容忽视。因此，它对于生成适当的细胞模拟培养基作为评估体外生化反应的标准非常重要，我们将努力为这一研究领域做出贡献。”
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