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Spatiotemporal Regulation of Cell Fate in Living Systems Using Photoactivatable Artificial DNA Membraneless Organelles

细胞器 DNA 活细胞 化学 计算机科学 计算生物学 纳米技术 细胞生物学 生物 生物化学 材料科学
作者
Lili Zhang,Mei Chen,Zhiqiang Wang,Minjuan Zhong,Hong Chen,Ting Li,Linlin Wang,Zhihui Zhao,Xiaobing Zhang,Guoliang Ke,Yanlan Liu,Weihong Tan
出处
期刊:ACS central science [American Chemical Society]
卷期号:10 (6): 1201-1210 被引量:4
标识
DOI:10.1021/acscentsci.4c00380
摘要

Coacervates formed by liquid–liquid phase separation emerge as important biomimetic models for studying the dynamic behaviors of membraneless organelles and synchronously motivating the creation of smart architectures with the regulation of cell fate. Despite continuous progress, it remains challenging to balance the trade-offs among structural stability, versatility, and molecular communication for regulation of cell fate and systemic investigation in a complex physiological system. Herein, we present a self-stabilizing and fastener-bound gain-of-function methodology to create a new type of synthetic DNA membraneless organelle (MO) with high stability and controlled bioactivity on the basis of DNA coacervates. Specifically, long single-strand DNA generated by rolling circle amplification (RCA) is selected as the scaffold that assembles into membraneless coacervates via phase separation. Intriguingly, the as-formed DNA MO can recruit RCA byproducts and other components to achieve self-stabilization, nanoscale condensation, and function encoding. As a proof of concept, photoactivatable DNA MO is constructed and successfully employed for time-dependent accumulation and spatiotemporal management of cancer in a mouse model. This study offers new, important insights into synthetic membraneless organelles for the basic understanding and manipulation of important life processes.
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