界面在凝结物行为中起着重要作用

在混合油醋沙拉酱之前，很容易看到单独的醋滴悬浮在油中，每一滴都有一个完美的圆形边界，勾勒出两种液体。以同样的方式，我们的细胞包含浓缩的蛋白质和核酸束，称为凝聚物，由清晰的边界划定。这些边界被称为界面，并且考虑到凝聚物通过它们的界面相互交谈，界面的结构特征具有重要意义。

新的研究揭示了模型凝聚物界面的独特特征。这些发现是相关的，因为特征界面与纤维状构象的播种有关，而纤维状构象与肌萎缩侧索硬化症 (ALS) 等神经退行性疾病相关。

由圣路易斯华盛顿大学 McKelvey 工程学院 Gene K. Beare 特聘教授兼生物分子凝聚物中心主任 Rohit Pappu 领导的研究小组最近专注于定义凝聚物界面的分子尺度特征. 该研究由医学博士/博士 Mina Farag 推动。Pappu 实验室的学生和该论文的第一作者是与 Tanja Mittag 和她在圣裘德儿童研究医院的实验室合作产生的。结果于2022 年 12 月 13 日发表在Nature Communications上。

Pappu 说，一个令人惊讶的发现是，从油中的醋图片来看，界面可能看起来是均匀且无限薄的，但实际上很厚，并且在分子水平上由特定的形状和大小偏好定义。在凝析油中，分子被组织成一个小世界结构，我们很容易从商业航空公司机场的轴辐式网络结构中识别出来。

“有一种特殊类型的连通性定义了这些分子的组织方式，这是因为它们具有粘弹性，这使得它们在短时间尺度上具有弹性，在长时间尺度上具有粘性，就像腻子一样，”Pappu 说。

该团队的研究发现，当蛋白质分子通过界面时，分子的形状和大小会发生界面特有的变化。

“我们做了一个非常引人注目的观察，这些分子的构象或形状在它们通过界面时非常独特，并且这些类型的构象使它们处于反应状态，”Pappu 说。“这可能有利于促进细胞内的生化反应，或者在 ALS 的情况下是有害的，界面会催化运动神经元中的纤维状生长。”

在 Pappu 的实验室中，Farag 使用来自 Mittag 实验室的数据来训练描述分子间相互作用的机器学习模型。这使他们能够在计算机中模拟冷凝水的形成。这些模拟再现了与 ALS 相关的特定蛋白质结构域的 30 种不同变体的缩合。重要的是，模拟范式提供了一种设计具有定制凝聚结构和界面特性的蛋白质的方法。

“我们认为界面中不同的构象偏好有助于降低冷凝物的界面张力。然而，不同界面的特定化学性质可能会实现功能选择性。这似乎是物理和化学之间非常愉快的媒介，正如使用工程收集的那样 -基于方法。”

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