Phase-Transformable DNA Frameworks for Synthetic Condensates with Valency-Controlled Subcellular Sorting

化学 DNA 生物物理学 细胞器 细胞内 DNA纳米技术 胞浆 纳米技术 分类 细胞生物学 模块化设计 内体 连接器 冷凝 计算生物学 生物系统 DNA缩合 分子生物物理学 生物化学 单元格排序
作者
Haozhen Yu,Ziyi Zhao,Haoyue Lv,Zhiqian Xu,Zhaoyu Han,Biwu Liu,Yu Zhao
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:148 (23): 24184-24197
标识
DOI:10.1021/jacs.6c04988
摘要

Synthetic control of intracellular phase separation offers exciting opportunities for engineering artificial membraneless organelles (MLOs). However, achieving precise control of DNA-based condensates in complex cellular environments remains challenging. Here, we present a phase-transforming DNA framework that enables the in situ transition of tetrahedral DNA nanostructures into functional condensates through valency-controlled subcellular sorting. With coarse-grained simulations and experiments, we demonstrate that the condensation order is governed by binding valencies of transformed building blocks. Strikingly, we revealed distinct intracellular fates of synDNA condensates, with high-order condensates escaping the endolysosomal pathway and low-order condensates trapped in the lysosome. Furthermore, we demonstrate that spatially controlled DNA condensates serve as versatile artificial MLOs, facilitating the targeted degradation of membrane proteins and prolonging the cytosolic residence of the therapeutic payloads. Our findings establish a modular design principle for constructing programmable DNA condensates in cellulo, underscoring the profound interactions between synthetic biological constructs and cellular organelles.
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