Tight junction은 plasma membrane을 따라 'spread' 되는 protein condensate에 의해 형성된다
Liquid-liquid phase seperation (LLPS)으로 형성된 condensate가 PM과 contact하면 wetting이 일어남
Wetting: 물방울이 퍼지듯 liquid가 퍼지는 과정
Tight junction은 epithelial/endothelial cell에서 diffusion barrier이자 selective pore로서 기능
Claudin family와 같은 transmembrane protein이 cell gap을 span, fibril이 tight-junction strand 형성
Zonula occludens(ZO) family와 같은 scaffolding protein이 tight-junction strand를 cytoskeleton과 연결
Spatial proteomics, high-resolution microscopy 등으로 molecular copmosition, apical-lateral organization 연구됨
ZO-1 phase seperation drives tight junction assembly -> 밝혀졌으나 condensat가 plasma membrane과 interact하는 방식은 알려지지 않았음
Pombo-García et al.
Spreading of phase seperated ZO-1 condensates along the interface is driven by wetting transtion
Depends on a physical connection between ZO-1 and PatJ(epithelial polarity determining protein)
Time-resolved proximity labelling, mass spectrometry로 tight junction formation 중 ZO-1에 recruit되는 protein 분석
-> 여러 단계에 걸쳐 형성됨을 확인 (Patj는 late stage에 recruit)
Quantitative live cell imaging -> tight junction protein의 recruitment profiling
Patj는 large scaffolding protein (multiple protein binding PDZ domain)
Patj + Pals1 + Crb3 froms Crumbs complex
Super resolution microscopy -> Patj는 tight junciton보다 apically localized
Crumbs complex가 apical / lateral membrane의 border임을 확인 (Tan, B. et al., Mangeol, P. et al.)
Patj gene inactive -> ZO-1과 다른 tight junction protein은 condensate을 형성했으나 spreading 일어나지 않음 (Live cell imaging)
condensate thermodynamic model로 tight junction formation의 단계 확인
1) docking of ZO-1 condensates at PM: low-affinity interaction
2) apical-lateral interface에서 higher affinity interaction에 의한 wetting transition
3) ZO-1 condensate elongation -> continuous tight junction belt 형성
Patj의 PDZ1, PDZ6 domain이 ZO-1과의 interaction에 필요
Patj lacking cell에 PDZ1, PDZ6이 L27 (Patj의 다른 domain)에 연결된 construct를 express -> tight junction defect 해결
L27을 ZO-1에 fusion시킨 chimeric construct도 tight junction belt 형성시킴
즉 Patj는 ZO-1를 apical-lateral interface에 연결하는 anchor, 또한 spreading이 일어나도록 함
<Further questions>
1) Patj와 ZO-1의 interaction은 어떻게 일어나는가?
Patj의 PDZ domain에는 ZO-3과 claudin-1도 결합함, Patj는 tight junction protein끼리 모아주는 glue가 아닐까?
이 protein-protein interaction이 어떻게 tight junction assembly를 완성하는가?
2) Patj가 ZO-1 condensate의 material property를 어떻게 변화시키는가?
3) wetting 동안 cytoskeleton의 역할?
4) 모든 epithelial/endothelial cell에서 같은 wetting mechanism에 의해 tight junction assembly가 일어나는가?