Шкала гидрофобности, основанная на экспериментальных данных, для прогнозирования фазового разделения белков жидкость—жидкость

Точная модель крупномасштабных неупорядоченных скоплений биологических макромолекул, подобных образующимся в так называемых безмембранных органеллах, существенно облегчила бы изучение их структуры, функций и динамики. Согласно данным последних исследований, в основе образования безмембранных органелл лежит фазовое разделение жидкость—жидкость (LLPS). Известно, что движущей силой LLPS служит переход от взаимодействий макромолекул с водой к взаимодействиям между макромолекулами, однако конкретные типы взаимодействий, участвующих в этом процессе, изучены недостаточно. Исторически для описания взаимодействий белок—вода и белок—белок использовали шкалы гидрофобности. Однако такие шкалы обычно оптимизированы для оценки этих взаимодействий в определённых случаях, например при сворачивании белка или его встраивании в мембрану. Чтобы точнее описывать взаимодействия белков, способных к LLPS, мы разработали новую шкалу гидрофобности, основанную на экспериментальных данных. Для этого использовали крупнозернистое моделирование молекулярной динамики и крупнозернистую модель на основе шкалы гидрофобности, которая связывает взаимодействия между аминокислотами с их гидрофобностью. Значения гидрофобности определяли методом баланса сил для набора белков, включавшего развернутые, внутренне неупорядоченные белки и белки, способные к фазовому разделению. В сочетании с крупнозернистым моделированием молекулярной динамики полученная шкала точнее существующих предсказывает, будет ли конкретный белок подвергаться LLPS в физиологических условиях. Новая шкала подтверждает важную роль взаимодействий π—π между аминокислотами в LLPS. Она позволяет компактно описывать взаимодействия между белками, способными к LLPS, и может применяться при разработке новых моделей взаимодействия таких белков с другими компонентами, например с нуклеиновыми кислотами.