活细胞中的液相分离

细胞内微小的、拥挤的、不断移动的分子是如何聚集在一起形成细胞器等功能结构的？Cliff Brangwynne博士解释说，我们熟悉的许多细胞器，如细胞核和高尔基体装置，都是膜结合的。然而，一些细胞器，如P颗粒和核体，没有被膜包围。Brangwynne和他的同事们已经证明，这些无膜细胞器是通过液-液相分离形成的，其方式类似于油和水的分离。Brangwynne解释说，蛋白质中的内在无序区域（IDR）可以驱动相分离，并且对于P颗粒等结构的形成可能很重要。有趣的是，在与ALS和阿尔茨海默氏症等疾病相关的蛋白质中也发现了IDR，其中蛋白质聚集被认为是重要的。

• [ ] Organelles are like the cell's little organs - - - - function to: Compartmentalize cell, Increase reaction rales, Sequester/store molecules
  • Conventional Organelles : Membrane-bound, vesicle-like
  • P 因子：最开始在细胞中均匀分布，精子卵子细胞核融合后，细胞分裂过程中，后端P因子稳定，前端P因子不稳定不稳定- - → 最后分布在后端

• [ ] Key Questions in this Field:
  1. What kinds of physical models can explain intracellular organization by membrane-Less assemblies?
  2. Can these models inform our understanding of cell function and disfunction?

• [ ] Entropy & Mixing

  

  

• Importance of Interaction Valency 化合价

• Polymers are Multivalent Interactors

• Polymers are Everywhere in Cells

• [ ] Protein Folding Vs. Disorder

  

  • Protein Disorder & Phase Separation

• Pathological Protein Aggregation 聚集

• Transitions between biomolecular states

核仁的多相液体行为

在他的第二次演讲中，Brangwynne专注于核仁的形成；在细胞核中发现的几种无膜体之一。Brangwynne的实验室能够证明核仁的组装也可以用相分离的物理学来描述。当他们深入研究试图理解这一过程时，他们发现一个以前未知的核肌动蛋白网络限制了凝聚形成核仁的液滴的运动。他们还发现，表面张力在组织核仁内的蛋白质中起着关键作用，并可能影响细胞内其他无膜细胞器的结构。

• [ ] If nucleoli are liquids, why don't they all fuse into a single large droplet ?
  • 体积↓，运动↑
  • Are the arrested dynamics of large beads due to a nuclear actin cytoskeleton?
  • Gravity becomes a potent force in large cells
  • Coarsening of nucleolar “sub- droplets"- - - surface tension- →energy

光控 细胞中的相分离行为

在他的最后一次演讲中，Brangwynne向我们讲述了最近的工作，其中他的实验室使用光来控制细胞中的相分离行为。通过将已知相分离的蛋白质的IDR与响应光的弱寡聚化的蛋白质结构域联系起来，他的实验室已经产生了工具，使他们能够研究相分离在许多细胞类型的不同细胞过程中的作用

• Dreaming of Intracellular Phase Diagrams

• [ ] Problem : There are no tools to control phase transitions in living cells!

  optogenetic proteins

  

spinodal : another boundary within. And what this delineates is a boundary between two different modes of phase separation.

Within this binodal region, there's what's called nucleation and growth, and that's where you have... tend to have well-defined particles that nucleate and then start to grow as distinct spherical particles.

• 光控的系统 OptoDroplets