PNAS | 拟南芥温度敏蛋白ELF3的prion-like结构域（PrLD）驱动的相分离和分子排序

液-液相分离（Liquid-liquid phase separation, LLPS）是液相分层的一种自然现象。LLPS理论起源于聚合物物理学，最近被认为在生物中可能与各种细胞过程相关的生物分子凝聚物的形成有重要作用。生物分子凝聚物是由多种生物分子组成的无膜细胞结构。它们的形成有助于增加特定亚细胞区域的底物浓度，促进生化反应的活性。这使得细胞反应能够及时发生，而不必产生过多的底物。此外，相分离还可以将生物分子从某些细胞通路中隔离出来，以阻止不必要生化反应的发生。研究表明相分离行为与PrLD、IDR和LCD等LLPS结构域密切相关，正是通过这些结构域发生多价相互作用。目前的研究发现相分离可以介导多种细胞生物学过程，如染色质修饰过程和Small RNA合成通路等。【Plant J | 分子植物科学卓越创新中心Jungnam Cho课题组综述相分离在植物表观遗传学领域的研究进展】【7篇Cell，Nature文章，揭示植物相分离的调控作用，充当温度、水感应蛋白、植物免疫、开花、光合作用等】

拟南芥中最近鉴定的生物钟蛋白EARLY FLOWERING3 (ELF3) 证明可作为直接的体内温度传感器来响应外界环境变化而改变发育过程，2020年8月，英国剑桥大学Philip Wigge团队在Nature在线发表题为“A prion-like domain in ELF3 functions as a thermosensor in Arabidopsis”的研究论文，发现拟南芥ELF3通过PrD（prion-like domain）介导的相变感受环境温度变化，使ELF3成为一个新的热感受器。ELF3的PrD区域含有不同长度的polyQ（polyglutamine）重复序列，且polyQ重复序列的长度与热响应性相关，但不同的 PolyQ 长度对相分离动力学的影响尚不清楚。

近日，法国格勒诺布尔-阿尔卑斯大学的Chloe Zubieta在PNAS 发表了题为“Phase separation and molecular ordering of the prion-like domain of the Arabidopsis thermosensory protein EARLY FLOWERING 3”的论文。作者使用互补的结构、生物物理和显微镜技术确定了ELF3相分离的动力学和分子基础。

实验结果表明在稀相中，ELF3的PrLD形成单分散的高阶低聚物，且polyQ 长度的变化对相分离的初始阶段影响相对较小，但相分离并不依赖于聚谷氨酰胺的存在。温度的变化触发了凝聚相的形成，且显示出分子有序性的增加。随后，液体凝聚态转化为水凝胶，此外，作者通过小角度X射线散射、电子显微镜和X射线衍射证明，水凝胶呈现出半有序的分子堆叠的结构。

原文链接：

https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2304714120

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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