Charged Biomolecules Modulate Condensation of hnRNPA1 in E. coli = 전하를 가지는 생체 분자에 의한 대장균 내 hnRNPA1 응집 조절

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The condensation of Heterogeneous nuclear ribonucleoprotein A1 (hnRNPA1) is a protein suspected to be a cause of various neurodegenerative diseases, including ALS (amyotrophic lateral sclerosis), FTLD (Frontotemporal Lobar Degeneration), AD (Alzheimer’s Disease), and MS (Multiple Sclerosis). We investigated the phase separation of hnRNPA1, fused with a fluorescent protein (mEOS3.2), in E. coli using fluorescence microscopy. Interestingly, the protein showed mostly aggregated when expressing in E. coli without any treatment. This may be caused by negatively charged chemical environment of E. coli due to ATP, RNA, and DNA. Since hnRNPA1 is positively charged (+7.66), charge-charge interactions between hnRNPA1 and these negatively charged biomolecules would induce protein condensation. To examine this hypothesis, we manipulated the concentrations of polyamines, ATP, and RNA in E. coli. Our results revealed that the aggregation of hnRNPA1 exhibited a biphasic response to increasing polyamine concentrations, first increasing and then decreasing, regardless of the polyamine type. With ATP, the aggregation increased up to a certain concentration and then plateaued. Results showed that the aggregation ratio of hnRNPA1 significantly responded to these changes in biomolecule concentrations.
These results suggest that charge-charge interactions play a key role in the condensation of hnRNPA1 protein. This finding highlights the cellular charge environment as a key modulator of hnRNPA1 pathology and a potential
therapeutic target.

국문 초록 (Abstract)

이종핵리보핵산단백질A1(hnRNPA1)의 응집은 근위축성 측삭경화증(ALS), 전두측두엽 변성(FTLD), 알츠하이머병(AD), 다발성 경화증(MS) 등 다양한 신경퇴행성 질환의 원인으로 지목되는 현상이다. 본 연구에서는 형광 단백질(mEOS3.2)을 융합한 hnRNPA1을 대장균 내에서 발현시키고, 형광 현미경을 이용하여 그 상분리(phase separation) 현상을 관찰하였다. 흥미롭게도, 별도의 처리 없이 대장균 내에서 발현된 hnRNPA1 단백질은 대부분 응집(aggregated)된 형태로 관찰되었다. 이는 ATP, RNA, DNA 등으로 인해 음전하를 띠는 대장균의 세포 내 환경에 기인하는 것으로 추정된다. hnRNPA1은 양전하(+7.66)를 띠므로, 이와 음전하를 띤 생체분자들 간의 정전기적 상호작용(charge-charge
interactions)이 단백질 응축을 유도했을 것이라는 가설을 세웠다. 이 가설을 검증하기 위해, 우리는 대장균 내 폴리아민, ATP의 농도를 인위적으로 조절하였다. 실험 결과, hnRNPA1의 응집률은 폴리아민의 농도가 높을수록 그 종류에
상관없이 일정 농도까지 증가 후 감소를 보였으며, ATP와는 일정 농도까지 증가 후 응집률이 유지됨을 확인하였다. 이는 정전기적 상호작용이 hnRNPA1 단백질의 응축에 핵심적인 역할을 한다는 것을 시사한다. 이 발견은 세포 내 전하 환경이 hnRNPA1 병리의 핵심 조절 인자이자 잠재적인 치료 표적임을 강조한다.

목차 (Table of Contents)

• 1. Introduction 3
• 2.Materials and Methods 8
• 3. Results 11
• 4. Discussion 19
• 5. Conclusion 21
• 6. References 23
• 7. Supplementary information 27