Optogenetic control of mRNA condensation reveals an intimate link between condensate material properties and functions
Min Lee, Hyungseok C. Moon, Hyeonjeong Jeong, Dong Wook Kim, Hye Yoon Park, Yongdae Shin
細胞内の生化学反応は、膜を持たない会合体である生体分子凝縮体によって空間的に組織化されている。凝縮体は相分離機構により形成され、特定の生体分子を濃縮して転写からRNA処理、翻訳に至る遺伝情報の流れに関与する。凝縮体の材料特性は液滴状から固体様のゲルまで多様であり、内部分子の相互作用様式に影響を与える重要な因子である。近年、光誘導性の相分離制御系であるoptoDropletが開発され、細胞内凝縮体形成の時空間制御が可能となっている。また、MS2結合部位とMS2コートタンパク質を用いた一分子mRNA可視化技術により、生細胞内での個々のmRNA動態の追跡が実現している。
しかし、凝縮体の材料特性が細胞機能にどのように影響するかは不明であった。精製系では凝縮体による翻訳抑制が示されていたが、生細胞内で凝縮体形成と機能の因果関係を直接検証することは困難であり、特に材料特性の変化が機能に与える影響を定量的に評価する手法が確立されていなかった。
そこで、本研究ではoptoMCP-FUS系を構築し、光照射により標的mRNAを凝縮体内に隔離することで翻訳抑制を達成した。一分子追跡により、mRNAと凝縮体の相互作用が一過的であることを明らかにした。さらに、固体様のoptoFUSを共発現させて凝縮体を固化させると、分子移動度の低下とともに翻訳抑制が増強された。神経細胞においてβ-アクチンmRNAを隔離すると、化学的長期増強時の樹状突起スパイン増大が抑制された。実験では、Cobolt社製488 nm、561 nm及び647 nmダイオードレーザーを一分子蛍光イメージングに使用し、β-アクチンmRNA、凝縮体、およびGAPDH mRNAの動態を可視化した。
※この要約は、オープンアクセス論文（CC BY 4.0）に基づいています。
論文で使用されたCoboltのレーザー
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