Эти отсеки похожи на специализированные комнаты внутри дома, но их архитектура кардинально отличается: у них нет стен. Вместо этого они принимают форму капель жидкости, не имеющих мембраны, образующихся спонтанно, подобно каплям масла в воде. Иногда капли встречаются одни.
В других случаях одна капля может быть вложена в другую. И эти различные сборки могут регулировать функции, которые выполняют капли.
Исследование, опубликованное в феврале.
8 в Nature Communications исследует, как эти компартменты, также известные как безмембранные органеллы (MLO) или биомолекулярные конденсаты, образуются и организуются. В исследовании излагаются физические правила, контролирующие расположение различных типов синтетических MLO, созданных с использованием всего трех видов строительных материалов: РНК и двух разных белков, прионоподобного полипептида (PLP) и полипептида, богатого аргинином (RRP).
В проекте участвовала команда из Университета Буффало и Университета штата Айова.
«Внутри ячеек могут сосуществовать разные конденсаты», – говорит первый автор Таранприт Каур, аспирант физики Колледжа искусств и наук UB. "Они могут быть отсоединены, присоединены к другому конденсату или полностью встроены друг в друга.
Так как же клетка контролирует это?? Мы обнаружили два разных механизма, которые позволили нам контролировать архитектуру синтетических безмембранных органелл, образующихся внутри пробирки. Во-первых, количество РНК в смеси помогает регулировать морфологию органелл.
Другой фактор – аминокислотная последовательность задействованных белков."
«Эти два фактора влияют на то, насколько липкими являются поверхности конденсатов, изменяя их взаимодействие с другими каплями», – говорит Прия Банерджи, доктор философии, доцент кафедры физики UB и один из двух старших авторов статьи. «В целом, мы показали, используя простую систему из трех компонентов, что мы можем создавать различные виды органелл и управлять их расположением предсказуемым образом. Мы подозреваем, что такие механизмы могут использоваться ячейками для организации различных MLO для оптимизации их функциональной продукции."
Давид Потоян, доктор философии, доцент кафедры химии Университета штата Айова, является другим старшим автором исследования.
Решение вопросов клеточной биологии
Эксперименты проводились на модельных системах из РНК и белков, плавающих в буферном растворе.
Но следующий шаг в исследованиях, которые уже ведутся, – это проведение аналогичных исследований внутри живой клетки.
«Возвращаясь к нашей мотивации в исследовании MLO, главными вопросами, с которых началась эта область, были вопросы клеточной биологии: как клетки организуют свое внутреннее пространство?"Банерджи говорит. "Принципы, которые мы раскрываем здесь, вносят вклад в базу знаний, которая улучшит понимание в этой области."
Исследования MLO могут привести к прогрессу в таких областях, как исследования синтетических клеток или новые материалы для доставки лекарств.
"Мы находимся в процессе изучения биомолекулярной грамматики, которая может быть универсальным языком, используемым клетками для преодоления их внутренней клеточной сложности.
Мы надеемся однажды использовать эти знания для создания искусственных протоклеток со специально разработанными функциями, вдохновленными природой », – говорит Потоян.
Исследование было поддержано Национальным институтом общих медицинских наук, входящим в состав U.S. Национальные институты здравоохранения и U.S.
Национальный научный фонд (NSF). Команда также получила помощь от двух ресурсов, финансируемых NSF: центра конфокальной визуализации северного кампуса Университета Калифорнии и Экстремальной науки и инженерной среды.