2024年3月18日，圣路易斯华盛顿大学Rohit V. Pappu通讯在Cell发表题为Macromolecular condensation organizes nucleolar sub-phases to set up a pH gradient的文章。
细胞核是一个高度组织化的结构，具有不同的专门区域，在基因表达和细胞功能中发挥着不同的作用。其中，核仁是最大的无膜细胞器，是核糖体（细胞的蛋白质工厂）生产的核心。最近的研究表明，核仁不是一个均匀的结构，而是多个子相的动态组装，每个子相都具有独特的大分子组成和功能。
研究深入探讨了核仁组织的复杂性，重点关注了核仁蛋白的内在无序区（IDR）。IDR是缺乏固定三维结构的氨基酸片段，通常参与介导蛋白质-蛋白质相互作用。研究人员在核仁蛋白中确定了两种不同的IDR语法（grammar）：【D/E区】和【K区+E富集区】。这些IDR在决定核仁蛋白在细胞核内的定位偏好方面起着至关重要的作用。这项研究进一步阐明了核仁被组织成不同的亚相，每个亚相都有不同的大分子密度。这些亚相可能是活性过程和自发相变相结合的结果，统称为“缩合”（condensation）。Condensation涉及多种相互作用，包括位点特异性、可饱和性、化学计量结合、不可饱和性、缔合多价相互作用（associative multivalent interaction）和互补静电相互作用。
研究人员证明，含有D/E区和富含K区+E区的核仁蛋白在核仁中富集。这些IDR负责蛋白质在细胞核内的定位，含有D/E区的蛋白质在整个细胞核中富集，其定位由RNA或DNA结合结构域的存在决定。该研究还表明，核仁亚相是通过凝聚组织的，凝聚结合了核仁成分的结合和复杂的凝聚（coacervation）。缩合过程受到IDR的特异性及其所包含的RNA或DNA结合结构域类型的影响。体外重建和对细胞的研究显示了condensation是如何促进核仁组织的。
此外，研究人员发现，核仁蛋白的D/E区有助于降低体外与核仁RNA形成的共缩合物的pH值。在细胞中，这在核仁和核质之间建立了pH梯度。核仁旁体（Juxta-nucleolar bodies）具有不同的大分子组成，以具有相当不同的电荷分布的蛋白质IDR为特征，其pH值等于或高于核质。这项研究还强调了condensation过程的重要性。组成特异性导致了质子梯度，使核仁比周围的核质更酸性。核仁的特征是pH梯度，核质比核仁更碱性。这种pH梯度被认为是由质子与核仁蛋白中D/E区的差异结合产生的，这反过来又影响了蛋白质在核仁中的定位和功能。
总的来说，这项研究为核仁组织和功能的复杂机制提供了有价值的见解。不同IDR语法的鉴定及其在核仁蛋白定位中的作用，以及在核仁内pH梯度的建立，为基因表达和细胞功能的调控提供了新的视角。
