Давняя загадка биологии заключается в том, как миллионы молекул, сталкивающихся в клетке, «находят» друг друга и организуются в функциональные структуры. Поэтому в 2008 году было большим сюрпризом, когда участники курса физиологии Морской биологической лаборатории (MBL) поняли, что простое разделение фаз - например, отделение нефти от воды - может быть одним из важных способов создания порядка внутри клетки.
Хотя эта идея и вызывает споры, она покорила клеточную биологию. В последнее десятилетие ученые наблюдали, как молекулы белков и РНК конденсируются в капли или безмембранные конденсаты во многих видах клеток, от бактериальных до человеческих. Они также отметили, что те же самые белки, которые образуют капли жидкости в здоровых клетках, могут «затвердевать» в контексте заболеваний, таких как нейродегенеративные расстройства. Но что заставляет одни молекулы объединяться в одну каплю, а другие исключаются, так и осталось необъяснимым.
На этой неделе в журнале Science команда впервые показала, что молекулы РНК распознают друг друга и конденсируются в одну и ту же каплю благодаря специфическим трехмерным формам, которые принимают молекулы. Старший автор исследования, Эми С. Гладфелтер из Университета Северной Каролины, Чапел-Хилл, начала эту работу в рамках Летнего института HHMI / HCIA в MBL, группы из 70 ученых, которые изучали эту новую парадигму клеточной организации в течение пяти лет. интенсивных синергетических исследований.
Работая с клетками грибов, Гладфелтер (научный сотрудник MBL), Эрин М. Лэнгдон и его коллеги показали, что молекулы РНК попадают в одну и ту же каплю, если их трехмерная структура позволяет им связываться друг с другом посредством комплементарного спаривания оснований.
Молекулы РНК окажутся в разных каплях, если их вторичные (трехмерные) структуры экранируют любую комплементарность. Но с РНК, которые конденсируются в одну и ту же каплю, их комплементарные последовательности действительно открыты, поэтому они могут найти друг друга и пару оснований, чтобы обеспечить взаимодействие более высокого порядка», - говорит Гладфелтер.
Это открытие важно тем, что оно раскрывает избирательный механизм образования этих РНК-белковых конденсатов, которые ученые наблюдают повсюду в клетках, но функция которых до сих пор неясна. Конденсаты могут служить «тиглями» для усиления биологических реакций за счет концентрации определенных молекул вместе. Или они могут изолировать молекулы, которые не нужны клетке для конкретного биологического процесса.
Гладфелтер ранее продемонстрировал на грибах, что крайне важно, чтобы клетка подвергалась фазовому разделению жидкость-жидкость, чтобы происходили два разных биологических процесса. «Но нам нужно больше примеров того, где это действительно важно для функционирования клеток», - говорит Гладфелтер. Область нуждается в доказательствах, «что это не просто то, что могут делать белки и РНК, но что природа выбрала для этого», - говорит она..
Есть также указания на то, что переход этих жидких конденсатов в более твердое состояние может быть фактором болезней агрегации белков, таких как болезни Альцгеймера, Паркинсона и Гентингтона, БАС и прионные болезни. Нынешнее открытие, по словам Гладфелтера, «помогает нам понять, как нужные компоненты рекрутируются в капли, чтобы клетки потенциально могли избежать этого перехода в аберрантное, твердое состояние».