Phase behavior of mixtures of polyampholytic proteins and RNA: a toy model study
(2022) FYTM03 20221Computational Biology and Biological Physics - Has been reorganised
- Abstract
- Biomolecular condensates are aggregates formed from liquid-liquid phase separation through the interactions between nucleic acids and multivalent proteins. These condensates are essential for many biochemical processes inside the cell. Therefore, there has been a large effort during the last
decade to create models and methods to describe these systems. Mixtures of RNA and proteins are very common in nature, making it conceivable that RNA-protein interactions are important in many biomolecular condensates. In this thesis these biomolecules are modeled as simple chains of charged beads. First, one- and two-component protein systems are investigated, with results that are consistent with previous findings made by other groups. RNA was then... (More) - Biomolecular condensates are aggregates formed from liquid-liquid phase separation through the interactions between nucleic acids and multivalent proteins. These condensates are essential for many biochemical processes inside the cell. Therefore, there has been a large effort during the last
decade to create models and methods to describe these systems. Mixtures of RNA and proteins are very common in nature, making it conceivable that RNA-protein interactions are important in many biomolecular condensates. In this thesis these biomolecules are modeled as simple chains of charged beads. First, one- and two-component protein systems are investigated, with results that are consistent with previous findings made by other groups. RNA was then added to few different one-component protein systems. It was found that the presence of a few RNA molecules increases the aggregation propensity in the sense that aggregation sets in at a higher temperature. When the amount of RNA in the system was increased past a certain threshold, this trend was reverted. (Less) - Popular Abstract (Swedish)
- Cellen är den fundamentala byggstenen för allt liv vi idag känner till. Inuti celler kompartmentaliseras viktiga funktioner till organeller, vilket är cellernas motsvarighet till organ. Klassiska organeller kan kontrollera sin biokemiska miljö med hjälp av ett membran som avgränsar organellens inre från cytoplasman. Under de senaste åren har forskare dock funnit att membran inte är universell för organeller. Biomolekyler, likt vattenmolekyler, kan attrahera och repellera varandra. Precis som vattenmolekyler har olika aggregationstillstånd, har många biomolekyler också det. Dessa biomolekyler kan under lämpliga förhållanden bildar droppar med mycket högre täthet inuti droppen än utanför. Dropparna har kommit att kallas för biomolekylära... (More)
- Cellen är den fundamentala byggstenen för allt liv vi idag känner till. Inuti celler kompartmentaliseras viktiga funktioner till organeller, vilket är cellernas motsvarighet till organ. Klassiska organeller kan kontrollera sin biokemiska miljö med hjälp av ett membran som avgränsar organellens inre från cytoplasman. Under de senaste åren har forskare dock funnit att membran inte är universell för organeller. Biomolekyler, likt vattenmolekyler, kan attrahera och repellera varandra. Precis som vattenmolekyler har olika aggregationstillstånd, har många biomolekyler också det. Dessa biomolekyler kan under lämpliga förhållanden bildar droppar med mycket högre täthet inuti droppen än utanför. Dropparna har kommit att kallas för biomolekylära kondensat och kan ses som membranlösa organeller. Huvudkomponenter i biomolekulära kondensat är proteiner och RNA. De proteiner som ingår tillhör ofta den klass av proteiner som, istället för att vika sig till en särskild struktur, är strukturellt oordnande. Precis som ordinära proteiner är de strukturellt oordnade kedjemoleyler med aminosyror som byggstenar. De ingående aminosyrornas fysikaliska egenskaper avgör hur ett protein beter sig. Det är dock inte enbart vilka aminosyror som förekommer i ett protein som spelar roll, utan även deras inbördes ordning längs kedjan är viktig. Hos majoriteten av de funna biomolekylära kondensaten förekommer också en annan sorts biomolekyl - RNA. Istället för aminosyror är dessa uppbyggda av nukleotider. RNA-molekyler är starkt negativt laddade och attraherar därmed positivt laddade aminosyror som till exempel lysin. En möjlig hypotes är att RNA kan agera som aggregationsfrön, och hjälpa de strukturellt oordnade proteinerna att bilda kondensat. Att förutsäga en given biomolekyls benägenhet att fasseparera har visat sig vara en utmaning. Analytiska teorier kan ibland användas för att ge en viss förståelse av dessa system. Dock bygger analytiska teorier på grova approximationer. Genom att använda numeriska simuleringar kan en del av dessa approximationer undvikas. I detta examensarbete undersöker vi förmågan att fasseparera hos korta proteiner med olika laddningsmönster, genom numeriska simuleringar baserade på en enkel modell där varje aminosyra representeras som en kula. Vi studerar system med en eller två proteinsorter. Dessutom undersöker vi hur ett system med en proteinsort påverkas när RNA-molekyler tillförs. Resultaten tyder på att tillförseln av en liten andel RNA ökar systemet benägenhet att aggregera. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
http://lup.lub.lu.se/student-papers/record/9099834
- author
- Nilsson, Sonny LU
- supervisor
- organization
- course
- FYTM03 20221
- year
- 2022
- type
- H2 - Master's Degree (Two Years)
- subject
- keywords
- llps, biomolecular condensates, polyampholyte, polymer, demixing, mixing, RNA, protein, IDP, phase transition, aggregation, charge decoration, mixing parameter, flory-huggin, step potential, metropolis hasting, sv
- language
- English
- id
- 9099834
- date added to LUP
- 2022-09-19 11:10:34
- date last changed
- 2022-09-19 11:10:34
@misc{9099834,
abstract = {{Biomolecular condensates are aggregates formed from liquid-liquid phase separation through the interactions between nucleic acids and multivalent proteins. These condensates are essential for many biochemical processes inside the cell. Therefore, there has been a large effort during the last
decade to create models and methods to describe these systems. Mixtures of RNA and proteins are very common in nature, making it conceivable that RNA-protein interactions are important in many biomolecular condensates. In this thesis these biomolecules are modeled as simple chains of charged beads. First, one- and two-component protein systems are investigated, with results that are consistent with previous findings made by other groups. RNA was then added to few different one-component protein systems. It was found that the presence of a few RNA molecules increases the aggregation propensity in the sense that aggregation sets in at a higher temperature. When the amount of RNA in the system was increased past a certain threshold, this trend was reverted.}},
author = {{Nilsson, Sonny}},
language = {{eng}},
note = {{Student Paper}},
title = {{Phase behavior of mixtures of polyampholytic proteins and RNA: a toy model study}},
year = {{2022}},
}