Внутренняя часть человеческой клетки частично состоит из сложного супа из миллионов молекул.
Одним из способов, которым эти биологические соединения остаются организованными, являются безмембранные органеллы (MLOs) - капли жидкости без стенок, состоящие из белков и РНК, которые слипаются вместе и остаются отдельными от остальной части клеточного рагу.
Вы можете думать об этих жидких отсеках как о каплях масла в воде. MLO облегчают хранение молекул внутри клеток и могут служить центром биохимической активности, рекрутируя молекулы, необходимые для выполнения основных клеточных реакций.
Хотя эти капли находятся в большом количестве внутри клеток, они представляют собой новую область исследований в клеточной биологии. Мало что известно о том, как они создаются и поддерживаются с уникальными функциями.
Чтобы восполнить этот пробел в знаниях, одна лаборатория Университета в Буффало использует передовые научные методы для изучения фундаментальных свойств работы MLO. Исследование возглавляет Прия Р. Банерджи, доктор философии, доцент кафедры физики Колледжа искусств и наук Университета Нью-Йорка.
В статье, опубликованной 21 августа в Scientific Reports, Банерджи и его коллеги сообщают, что MLO могут быть очень чувствительны к уровню двухвалентных катионов внутри клеток. Это важно, потому что двухвалентные ионы кальция и магния помогают в клеточной передаче сигналов и жизненно важны для жизни.
В экспериментах MLO, содержащие как белки, так и РНК, образуются, когда двухвалентные катионы обнаруживаются в низких концентрациях. Но когда концентрации этих катионов были высокими, предпочтение отдавалось жидким органеллам, содержащим только молекулы РНК. Тесты систематически проводились с использованием контролируемых модельных систем, содержащих молекулы белка и РНК, плавающие в буферном растворе.
«Это интересно, потому что вы не изменили основные ингредиенты», - говорит Банерджи. «Но когда вы изменяете ионное окружение, вы обнаруживаете, что эти органеллы легко настраиваются. Они «переключаются» с одного типа на другой, причем каждый тип имеет различную внутреннюю структуру».
Исследование возглавляли Банерджи и Ашок Дениз, доктор философии, адъюнкт-профессор интегративной структурной и вычислительной биологии в Scripps Research, некоммерческом медицинском исследовательском учреждении.
Команда продемонстрировала, что флуктуации в двухвалентных катионах могут сильно настраивать жидкие свойства MLO, изменяя внутреннюю среду капли. Это важно, поскольку считается, что клетки контролируют некоторые функции MLO, изменяя свой внутренний дизайн. Концепция настраиваемых внутриклеточных капельных органелл в настоящее время активно исследуется в лаборатории Банерджи в UB.
В отдельной статье, опубликованной ранее в 2019 году, Банерджи и его коллеги исследовали еще одно фундаментальное свойство MLO: условия, которые заставляют такие капли переходить из жидкого, жидкого состояния в более твердое, гелеобразное состояние.
«Представление о том, что капли белков и нуклеиновых кислот могут функционировать как органеллы в клетке, начало менять парадигму клеточной биологии, описанную в учебнике», - говорит Банерджи. «Из нескольких различных лабораторий по всему миру начали поступать сообщения о том, что MLO имеют отношение к регуляции генов, защите клеток во время стресса, иммунному ответу и многим другим биологическим функциям, а также к таким заболеваниям, как неврологические расстройства и рак. сформированные, настроенные и измененные при заболеваниях имеют ключевое значение в этой области в настоящее время."