Хотя и не без противоречий, эта идея взяла штурмом клеточную биологию. В последнее десятилетие ученые наблюдали, как молекулы белка и РНК конденсируются в капли или безмембранные конденсаты во многих типах клеток, от бактериальных до человеческих.
Они также отметили, что те же белки, которые образуют жидкие капли в здоровых клетках, могут «затвердеть» в контексте заболевания, такого как нейродегенеративные расстройства. Но то, что заставляет одни молекулы объединяться в одну каплю, а другие исключаются, остается необъяснимым.На этой неделе в журнале Science команда ученых впервые показала, что молекулы РНК узнают 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 исследовали эту зарождающуюся парадигму клеточной организации в течение пяти лет. интенсивных синергетических исследований.
Работая с клетками грибов, Гладфельтер (научный сотрудник MBL), Эрин М. Лэнгдон и его коллеги показали, что молекулы РНК попадают в одну и ту же каплю, если их трехмерные структуры позволяют им связываться друг с другом посредством комплементарного спаривания оснований.«Молекулы РНК окажутся в разных каплях, если их вторичные (трехмерные) структуры защищают 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 создать взаимодействие более высокого порядка, — говорит Гладфельтер.Это открытие важно тем, что оно раскрывает избирательный механизм образования этих РНК-белковых конденсатов, которые ученые наблюдают повсюду в клетках, но чья функция до сих пор неясна.
Конденсаты могут служить «тиглями» для усиления биологических реакций путем концентрации определенных молекул вместе. Или они могут изолировать молекулы, которые клетке не нужны для определенного биологического процесса.
Гладфельтер ранее продемонстрировал на грибах, что критически важно, чтобы клетка подвергалась фазовому разделению жидкость-жидкость, чтобы могли произойти два разных биологических процесса. «Но нам нужно больше примеров того, где это действительно важно для функции клеток», — говорит Гладфельтер. Эта 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 признаки того, что переход этих жидких конденсатов в более твердое состояние может быть фактором заболеваний агрегации белков, таких как болезни Альцгеймера, Паркинсона и Хантингтона, БАС и прионные заболевания.
Текущее открытие, говорит Гладфельтер, «помогает нам понять, как нужные компоненты попадают в капельки, чтобы клетки потенциально могли избежать этого перехода в аномальное твердое состояние».