Biomolecular condensates require suitable material properties to properly carry out their function. Yet, modulators that affect the material properties of condensates have remained largely unexplored. Here we apply Differential Dynamic Microscopy (DDM) to probe the material properties of an in vitro model of processing bodies (P-bodies) consisting of condensates formed by the DEAD-box ATPase Dhh1 in the presence of ATP and RNA. DDM allows us to measure the viscosity of liquid droplets and to distinguish between liquid-like and gel- or glass-like condensates. By applying this single-droplet technique we show that condensates within the same population exhibit a distribution of material properties, which can be drastically affected by several modulators such as the low-complexity domains (LCDs) of the protein, the protein/RNA ratio, the type of RNA as well as the enzymatic activity. In particular, we show that structured RNA leads to a large fraction of dynamically arrested condensates with respect to unstructured polyuridylic acid (polyU), emphasizing the role of RNA structure in condensate dynamics. We further demonstrate that the ageing of the condensates and the formation of gel or glass-like structures is reduced by promoting the enzymatic ATPase activity of Dhh1 and the rate of droplet formation and dissolution. Our study shows that not only the reversible formation and dissolution of condensates but also their material properties are regulated on several levels, and that biochemical activity and material turnover can be important to maintain fluid-like properties over time.

中文翻译：

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低分子结构域，RNA和生化活性可调节生物分子缩合物的动态阻滞和老化

生物分子缩合物需要合适的材料特性才能正确发挥其功能。但是，影响冷凝物材料特性的调节剂在很大程度上仍未开发。在这里，我们应用微分动态显微镜（DDM）来探查体外加工模型（P-body）的材料特性，该模型由DEAD-box ATPase Dhh1在ATP和RNA存在下形成的冷凝物组成。DDM使我们能够测量液滴的粘度，并区分液体状和凝胶状或玻璃状冷凝物。通过应用这种单液滴技术，我们显示出同一种群内的冷凝物表现出物质特性的分布，这可能会受到多种调节剂的严重影响，例如蛋白质的低复杂度结构域（LCD），蛋白质/ RNA比，RNA的类型以及酶促活性。尤其是，我们显示结构化RNA导致相对于非结构化聚尿苷酸（polyU）的大部分动态滞留的冷凝物，强调了RNA结构在冷凝物动力学中的作用。我们进一步证明，冷凝物的老化和凝胶或玻璃状结构的形成通过促进Dhh1的酶促ATPase活性以及液滴的形成和溶解速率而降低。我们的研究表明，不仅冷凝物的可逆形成和溶解，而且它们的材料特性都在几个水平上受到调节，并且生化活性和材料周转对于随时间保持类似流体的特性可能很重要。我们显示结构化的RNA导致相对于非结构化的聚尿苷酸（polyU）而言，动态阻滞的冷凝物有很大一部分，强调了RNA结构在冷凝物动力学中的作用。我们进一步证明，冷凝物的老化和凝胶或玻璃状结构的形成通过促进Dhh1的酶促ATPase活性以及液滴的形成和溶解速率而降低。我们的研究表明，不仅冷凝物的可逆形成和溶解，而且它们的材料特性都在几个水平上受到调节，并且生化活性和材料周转对于随时间保持类似流体的特性可能很重要。我们显示结构化的RNA导致相对于非结构化的聚尿苷酸（polyU）而言，动态阻滞的冷凝物有很大一部分，强调了RNA结构在冷凝物动力学中的作用。我们进一步证明，冷凝物的老化和凝胶或玻璃状结构的形成通过促进Dhh1的酶促ATPase活性以及液滴的形成和溶解速率而降低。我们的研究表明，不仅冷凝物的可逆形成和溶解，而且它们的材料特性都在几个水平上受到调节，并且生化活性和材料周转对于随时间保持类似流体的特性可能很重要。我们进一步证明，冷凝物的老化和凝胶或玻璃状结构的形成通过促进Dhh1的酶促ATPase活性以及液滴的形成和溶解速率而降低。我们的研究表明，不仅冷凝物的可逆形成和溶解，而且它们的材料特性都在几个水平上受到调节，并且生化活性和材料周转对于随时间保持类似流体的特性可能很重要。我们进一步证明，冷凝物的老化和凝胶或玻璃状结构的形成通过促进Dhh1的酶促ATPase活性以及液滴的形成和溶解速率而降低。我们的研究表明，不仅冷凝物的可逆形成和溶解，而且它们的材料特性都在几个水平上受到调节，并且生化活性和材料周转对于随时间保持类似流体的特性可能很重要。