Historisk sett er et sentralt paradigme i cellulær organisering at cellen er oppdelt i funksjonelt spesialiserte membranbundne organeller som kjernen, mitokondrier, lysosomer og vakuoler.
Imidlertid har det de siste årene vist seg på tvers av alle livsgrener at en annen viktig form for oppdeling kan forekomme. Dette skjer gjennom avblanding av tidligere løselige cellulære komponenter som kondenserer ut til proteinrike væskedråper. Disse dråpene kalt biomolekylære kondensater er som minireaksjonskamre og har spesialiserte biologiske funksjoner i normale celler. Mange aldersrelaterte nevrologiske sykdommer som ALS er assosiert med patologisk herding av flytende kondensater for å danne faste tilslag. Det som trengs for bedre forståelse av kondensatdannelse og utvikle nye terapeutiske tilnærminger er en måte å nøyaktig måle i en levende celle, et sunt kondensat versus en som går mot patologisk herding.
Vi løser dette gjennom et spennende og tidsriktig tverrfaglig prosjekt som involverer et internasjonalt team av molekylær cellebiologer, beregning biology, bløt stoff forskere og nevrobiologer. FlickerPRINT bruker Flicker Spectroscopy for å måle den karakteristiske flimmeren eller "svingningen" assosiert med en væskedråpe versus en mer viskøs dråpe eller gel, dvs. "fingeravtrykket" til et sunt flytende kondensat versus et som tenderer mot patologisk herding, for eksempel ved å sammenligne normale celler med de som bærer ALS-mutasjoner. Vår ambisjon er å kunne profilere kondensat ut fra deres materialegenskaper og relatere det til sykdomsspesifikke endringer i kondensatprofiler.
FlickerPRINT employs Flicker Spectroscopy (FS) to obtain quantitative information on the material state of liquid-droplet organelles, also called biomolecular condensates. Many neurological diseases are associated with pathological hardening of liquid-droplet organelles to form solid fibrillar aggregates. FS exploits the shape fluctuation information (flicker) of liquid droplets to quantify subtle changes in its mechanical properties like surface tension, bending rigidity and viscosity due to changes in material state. Since condensates are dynamic and typically composed of hundreds of proteins and RNA species, listing their composition using current high throughput molecular techniques is of limited value for predicting the likelihood of transition from liquid to solid. What is needed for mechanistic understanding and therapeutic approaches, is a way to measure with high spatial and temporal resolution in-situ within a living cell, the characteristic ‘fingerprint’ of a healthy liquid condensate versus one tending towards pathological hardening. FlickerPRINT addresses this knowledge gap through an exciting and timely interdisciplinary project. Our team of molecular cell biologists, computational biologists, soft matter physicists and neurobiologists aim to tackle a key question in life sciences, namely: How do changes in protein composition of condensates manifest as a change in condensate material state and dysregulated function? We have recently developed a novel condensate FS method that we will benchmark rigorously in this study using modular tunable systems that generate a range of condensate types. It is this combination that makes this proposal timely and makes us uniquely placed to deliver this program. Our ambition is to be able to profile condensates based on their material properties and relate it to disease-specific changes in condensate profiles.