生物分子凝聚体通常通过相变机制组装，在组织不同的细胞活动中发挥着关键作用。冷凝物的材料特性(从液滴到固体状玻璃或凝胶)是影响驻留组件彼此关联方式的关键特征。然而，目前尚不清楚不同的材料特性是否以及如何影响凝聚物的特定细胞功能。在这里，我们将相分离的光遗传学控制与单分子 mRNA 成像相结合，研究凝聚物的相行为和功能性能之间的关系。使用光激活缩合，我们发现将目标 mRNA 隔离到缩合物中会导致翻译抑制。正交 mRNA 成像揭示了单个 mRNA 和凝聚物之间相互作用的高度瞬态性质。将冷凝物成分和材料特性调整为更接近固体的状态会导致更强的平移抑制，同时分子迁移率降低。我们进一步证明，神经元中的 β-肌动蛋白 mRNA 隔离在化学诱导的长期增强过程中抑制脊柱增大。
我们的工作强调了冷凝物的材料特性如何调节功能，这种机制可能在微调冷凝物驱动的细胞活动的输出方面发挥作用。我们进一步证明，神经元中的 β-肌动蛋白 mRNA 隔离在化学诱导的长期增强过程中抑制脊柱增大。我们的工作强调了冷凝物的材料特性如何调节功能，这种机制可能在微调冷凝物驱动的细胞活动的输出方面发挥作用。我们进一步证明，神经元中的 β-肌动蛋白 mRNA 隔离在化学诱导的长期增强过程中抑制脊柱增大。我们的工作强调了冷凝物的材料特性如何调节功能，这种机制可能在微调冷凝物驱动的细胞活动的输出方面发挥作用。
驱动细胞增殖和存活的生化活动通过区室化在空间上组织。多种类型的无膜组件(也称为生物分子凝聚物)共存于细胞内，以浓缩一组特定的生物分子，并被认为执行专用的细胞功能。特别是，在从转录和 RNA 加工到翻译的遗传信息流中发现了各种凝结物。最近的研究表明，相分离机制驱动了其成分与周围原生质不同的冷凝物的形成。由串联相互作用域10或本质无序区域(IDR)介导的瞬时多价分子间相互作用网络决定了凝聚物的内部组织和组成。缩合物被认为通过多种机制发挥作用，例如，通过增加特定酶和底物的浓度以促进生化反应，或通过隔离相关因子来调节分子的可用性和可及性。然而，凝聚态成分的集体相互作用如何产生特定功能的详细机制仍不清楚。
作为物理实体，冷凝物为常驻生物分子提供局部微环境。冷凝物的物理性质，例如密度、材料状态和粘度，可能影响冷凝物成分探索和相互作用的方式，这最终会影响冷凝物功能。通常，生物分子缩合物是由缔合聚合物19组成的粘弹性网络流体。因此，根据相关的时间尺度，冷凝物可以表现为粘性液体或弹性固体。不同的材料特性可能比其他材料更有效地促进某些功能。例如，类固体结构在基于隔离的功能模式中可能表现更好，但可能不能理想地作为反应中心。这些考虑表明，可以针对特定的细胞功能选择凝聚物的材料特性，并且可以成为调节机制的目标。事实上，冷凝物材料特性的异常变化与包括癌症在内的疾病状态有关。
使用纯化的模型系统主要研究了冷凝物形成的功能结果以及材料特性对冷凝物活性的影响。最近的一项工作表明，SUMO 化酶和底物的共缩合加速了 SUMO 化速率。合成 DNA 缩合物在链置换反应中也表现出类似的加速效应。值得注意的是，后一个系统强调了反应物的扩散迁移率与反应速率之间的密切联系。凝结物介导的区室化也可以抑制生化反应;FMRP 和 CAPRIN1 的体外蛋白滴24或弹性蛋白样多肽25表现出翻译抑制活性。与这些纯化系统相比，探索冷凝如何促进活细胞内的特定细胞功能是一项极具挑战性的任务。除了简单地扰乱凝结之外，相分离蛋白的结构域截断或敲除/敲除还可能导致复杂的细胞效应，因此识别因果关系通常很困难。在这方面，能够动态控制凝结的光遗传学工具可能是剖析细胞内凝结因果效应的一种有前途的方法。
在这里，我们通过结合光遗传学技术来控制细胞内相分离与单分子 mRNA 成像，研究凝聚体形成的功能后果。光诱导报告基因 mRNA 被隔离成凝结物，导致驻留 mRNA 的翻译输出减少。单分子成像揭示单个 mRNA 分子经常表现出与缩合物的短暂相互作用。通过合理利用光激活成分的相行为，我们证明了可以精确调节凝聚态成分和材料性能。利用这种能力，我们发现凝固的冷凝物抑制了常驻分子的移动性，同时进一步抑制了隔离的 mRNA 的翻译活性。我们还证明，可以通过在神经元细胞中使用基于冷凝物的翻译抑制来调节下游细胞活动。我们的研究结果表明，微调冷凝物的材料特性可能是适当细胞生理学的重要调节机制。
