Последние исследования ученых проливают свет на условия, при которых такие капли переходят из жидкого жидкого состояния в более твердое, гелеобразное состояние.
Опубликовано фев.
19 в журнале Biomolecules в качестве избранной статьи, исследование показало, что определенные капельки белка затвердевают, становясь студенистыми в переполненных средах (например, в пробирках, где присутствует множество других молекул, имитируя условия скопления внутри живых клеток).
«Эти каплеобразующие белки – относительно новая область изучения, поэтому мы очень мало знаем об их основных свойствах», – говорит ведущий исследователь Прия Р. Банерджи, доктор философии, доцент кафедры физики Колледжа искусств и наук UB. "Как физики, мы хотим количественно оценить динамику этих капель и узнать, какие факторы на них влияют. Это важно, поскольку динамика капель белка является ключом к их клеточной функции и дисфункции.
«Предыдущие исследования были сосредоточены на структуре самих белков, но наша работа показывает, что факторы окружающей среды не менее важны.
Мы видим, что внешние условия могут изменить внутреннее состояние капель, что может повлиять на их функцию в клетках человека."
Исследования имеют значение, потому что конденсирующиеся белки могут влиять на здоровье и болезни. Недавние исследования указывают на потенциальную роль этих капель в таких разнообразных функциях, как экспрессия генов, стрессовая реакция и функция иммунной системы.
В новой статье исследуется каплеобразующий белок, называемый саркомой (FUS). Капли жидкого FUS обнаруживаются в нормальных клетках мозга, но у некоторых пациентов с нейродегенеративным заболеванием боковым амиотрофическим склерозом (БАС) белок образует агрегаты твердого материала, говорит Банерджи. Непонятно почему.
Использование лазеров для выщипывания и выталкивания капелек белка
В исследовании использовались два инновационных метода, чтобы показать, как условия окружающей среды могут влиять на капли, сделанные из FUS или других родственных белков.
В одной серии экспериментов ученые использовали сильно сфокусированные лазерные лучи – так называемые оптические пинцеты – чтобы уловить и сдвинуть вместе две капли белка, плавающие в жидком буферном растворе.
Капельки белка легко сливались в одну большую каплю, когда буфер был тонко заполнен другими инертными молекулами-краудерами, такими как полиэтиленгликоль (ПЭГ). Но когда концентрация ПЭГ или других химических веществ в буфере увеличивалась, капельки белка становились более гелеобразными и не могли полностью объединиться.
Во втором наборе тестов команда использовала лазеры другим способом – «лазерным тычком» – чтобы изучить, как FUS и связанные с ним белковые капли реагируют на переполненную среду.
В этих экспериментах Банерджи и его коллеги прикрепляли флуоресцентные метки к многочисленным молекулам белка в одной капле, заставляя белки светиться. Затем исследователи «протыкали» середину капли высокоинтенсивным лазером – процедура, в результате которой любые флуоресцентные молекулы, попавшие под лазер, постоянно становились темными.
Затем ученые измерили, сколько времени требуется, чтобы новые светящиеся белки переместились в затемненную область. Это происходило быстро в каплях белка, плавающих в малонаселенных буферных растворах.
Но время восстановления было значительно медленнее для капель, суспендированных в буферных растворах, густых с ПЭГ или другими соединениями, что еще раз указывает на то, что капельки белка становятся гелеобразными в тесноте. Полученные данные применимы как к FUS, так и к каплям других родственных белков с различными первичными структурами.
«Наши эксперименты проводились в пробирках, но наши результаты показывают, что внутри живых клеток состояние скопления может влиять на динамику белковых капель», – говорит Банерджи.
Остается один важный вопрос: влияет ли и как текучесть капель FUS на способность белка формировать твердые комки, как это наблюдается у некоторых пациентов с БАС. Банерджи надеется решить эту проблему с помощью будущих исследований.