細(xì)胞內(nèi)大量存在由固有無(wú)序蛋白質(zhì)（IDPs）通過液-液相分離（Liquid-Liquid Phase separation）形成的無(wú)膜細(xì)胞器，這些無(wú)膜細(xì)胞器在細(xì)胞的信號(hào)傳導(dǎo)、基因表達(dá)等眾多生命活動(dòng)中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。從分子層次上理解IDPs的液-液相分離行為，不僅能揭示無(wú)膜細(xì)胞器的形成機(jī)制，而且為發(fā)展基于無(wú)膜細(xì)胞器的新型醫(yī)療策略和功能材料提供了重要支撐。 近十年來(lái)，盡管眾多科研工作者開展了大量的相關(guān)研究，IDPs發(fā)生液-液相分離的分子機(jī)制尚沒有得到完全解析。主要原因有兩點(diǎn)：一是IDPs本身序列結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，二是IDPs時(shí)刻發(fā)生迅速構(gòu)象變化，這兩點(diǎn)原因使得通過實(shí)驗(yàn)手段測(cè)定液-液相分離的分子機(jī)制變得尤為困難。 近日，北京理工大學(xué)高寧教授和北京大學(xué)黃澤寰教授合作，通過提取IDPs的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)特征，設(shè)計(jì)合成了一種能發(fā)生液-液相分離的小分子：Nap-o-Nap。如下圖所示，該化合物由兩個(gè)萘環(huán)和一個(gè)乙二醇衍生物連接而成，在生理?xiàng)l件下可以發(fā)生類似IDPs的液-液相分離。更為重要的是，該小分子的液-液相分離行為可以通過定量加入葫蘆脲和金剛烷實(shí)現(xiàn)超分子可逆調(diào)控。
Nap-o-Nap液-液相分離的超分子可逆調(diào)控為定量分析相分離過程中的分子驅(qū)動(dòng)力提供了一條獨(dú)特的途徑。如下圖所示，通過設(shè)計(jì)超分子調(diào)控的液-液相分離環(huán)路，實(shí)現(xiàn)了液-液相分離物理化學(xué)參數(shù)的定量測(cè)量（ΔS=14.0 cal?mol-1?K-1, ΔH=2.1kcal?mol-1）。結(jié)果表明，液-液相分離是一個(gè)完全由熵驅(qū)動(dòng)的過程，與常見的表面活性劑組裝、油水分相的物理化學(xué)過程一致。 在此基礎(chǔ)上，作者進(jìn)一步通過液-液相分離對(duì)酶反應(yīng)的靈活調(diào)控揭示其在細(xì)胞內(nèi)發(fā)揮生理作用的分子機(jī)制。以酯酶（Lipase）為例，當(dāng)?shù)孜锱c酶同時(shí)被富集到相分離液滴中時(shí)，酶反應(yīng)速率迅速提升；超分子解離液滴后酶反應(yīng)被抑制。相反，以半乳糖苷酶（β-Galactosidase）為例，當(dāng)?shù)孜锱c酶被相分離隔離時(shí)，酶反應(yīng)被抑制，超分子解離相分離液滴會(huì)激活酶反應(yīng)。 論文信息 Supramolecular Switching of Liquid-Liquid Phase Separation for Orchestrating Enzyme Kinetics Deyi Wang, Lingying Zhou, Dr. Xiaokun Zhang, Zixiang Zhou, Prof.?Dr. Zehuan Huang, Prof.?Dr. Ning Gao Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202422601
