細胞內(nèi)廣泛存在由蛋白質(zhì)和核酸相互作用而形成的液滴狀無膜細胞器，與有膜細胞器相比，這些無膜細胞器源于液-液相分離，具有亞穩(wěn)定的特點，且參與細胞內(nèi)的代謝、物質(zhì)分配等重要活動，對于生物體的生理和病理過程具有重要意義。目前，學(xué)界尚不清楚無膜細胞器如何響應(yīng)細胞內(nèi)/外部環(huán)境變化的機制。

在國家自然科學(xué)基金委和中國科學(xué)院的支持下，中科院化學(xué)研究所高分子物理與化學(xué)實驗室喬燕課題組開展了原始細胞模型和類細胞行為的研究，取得了系列進展（Adv. Sci. 2021, 2101187; ChemSystemsChem 2020, 2, e2000044; Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 17758）。

近期，該團隊通過氨基酸衍生物和多糖高分子的液-液相分離，制備出具有光和pH雙重響應(yīng)的凝聚液滴。在此基礎(chǔ)上，利用蛋白質(zhì)微囊的選擇透過性仿生重構(gòu)該凝聚液滴，構(gòu)建了具有“細胞器”的多級次原始細胞模型。這些無膜細胞器能夠富集蛋白、核酸等生物分子，且能夠?qū)H、光以及信號分子產(chǎn)生響應(yīng)，實現(xiàn)仿生細胞器的解體和再生，并伴隨著生物大分子等物質(zhì)的富集和釋放，實現(xiàn)了對酶催化反應(yīng)速率的調(diào)控。在此基礎(chǔ)上，研究團隊基于亞細胞器多重信號響應(yīng)的特性，在高級次原始細胞模型內(nèi)構(gòu)建了復(fù)雜的酶反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，通過物理信號（光）和生物化學(xué)反應(yīng)（酶反應(yīng)）協(xié)同誘導(dǎo)亞細胞器的形成與解體，具有布爾邏輯門（或非門和與非門）的特征，成功模擬了細胞內(nèi)的信號傳遞及用于化學(xué)計算。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在Science Advances上（Sci. Adv. 2021, 7, eabf9000），并被Nature（Nature 2021, 594, 152）作為研究亮點進行報道。

構(gòu)建多級次具有細胞器的原始細胞模型模擬細胞信號系統(tǒng)

來源：化學(xué)研究所