日本東北大學多元物質科學研究所的鐮形清人副教授、高橋聰教授和永次史教授，以及日本產業技術綜合研究所人工智慧研究中心的主任研究員龜田倫史等人組成的研究團隊發現，抑癌蛋白p53會形成液滴狀締合物，並提出了基於液滴狀締合物功能調節的機制。
抑癌蛋白p53透過與靶DNA結合，使細胞週期停滯，開墾受損的DNA，並引起程式性細胞死亡（程式性細胞死亡），從而抑制細胞癌變。此前已知p53會形成四聚體，分散在溶液中發揮功能，但不可逆的聚集會導致其功能失落。不過，與這種分散狀態和固體狀聚集物不同，p53在具備液體性質的締合物中的作用有待查明。
此次，研究團隊首先利用微分干涉顯微鏡和光散射測量，調查了p53是否會形成液滴狀締合物。透過改變pH值和鹽濃度等溶液條件進行實驗發現，在中性及弱酸性條件下，p53會形成微米尺寸的球形締合物（Fig. 1a）。另外，多個締合物接觸後會融合形成了一個大的締合物，從而應答該締合物具有液體的性質（Fig. 1b）。研究人員認爲p53在溶液形成分散相和緊密聚集相屬於液-液相分離現象，。
Fig.1：利用微分干涉顯微鏡觀察了p53的液滴狀締合物
接下來，研究團隊調查了p53的液滴狀締合物的形成機制。透過對p53部分缺損的突變體進行實驗發現，不具備特定空間結構的天然無序區域與液滴形成有關。p53的N末端與C末端的天然無序區域分別攜帶大量負電荷和正電荷，彼此間應該是透過靜電結合的（Fig.2a）。另外，透過測量導入的兩種螢光染料之間的螢光共振能量轉移應答，p53從分散於溶液中的狀態稍微改變空間結構，即可在液滴狀締合物内形成分子間網路（Fig. 2b）。
最後調查了p53的液滴狀締合物與功能調控之間的關係。調查發現，不同於不可逆的聚集物，液滴狀締合物恢復爲分散相的p53功能也得以恢復。類比活體環境的混雜狀態，會促進p53液滴狀締合物的形成。此外，透過添加DNA和ATP等生物分子，能抑制p53形成液滴。類比磷酸化的p53活性化突變體中，液滴的形成也被抑制。以上結果表明，p53的液滴狀締合物可透過各種生物分子和翻譯後修飾調控。
Fig.2：提出透過液滴狀締合物的形成和崩壞起動或關閉p53功能的開關模式
研究團隊根據以上結果，提出了與液滴狀締合物有關的功能開關模式（Fig. 2b）。在細胞沒有受到壓力的普通狀態下，p53會形成液滴狀締合物，關閉其功能。當細胞受到壓力，p53透過磷酸化等被激活後，就會分散於溶液中，起動其功能。今後，透過驗證液滴狀締合物在實際細胞内的形成，有望在分子水平查明p53的抑癌機制。
論文資訊
題目：Liquid-like droplet formation by tumor suppressor p53 induced by multivalent electrostatic interactions between two disordered domains
期刊：《Scientific Reports》
DOI：10.1038/s41598-020-57521-w
文：JST客觀日本編輯部編譯
