Ученые раскрыли, как белок, связанный с болезнью Паркинсона, трансформирует биомолекулярные конденсаты
Международная группа ученых под руководством специалистов из Университета Рутгерса обнаружила, что микроскопические капли белка в человеческих клетках могут превращаться из почти медообразного вещества в твердую, похожую на леденец субстанцию.
Эти загадочные капли, известные как биомолекулярные конденсаты, затвердевают, когда содержат высокую долю белка альфа-синуклеина, как сообщают ученые в Science Advances. Скопления альфа-синуклеина обычно находят в клетках мозга людей с болезнью Паркинсона.
Это открытие — первая успешная попытка количественно оценить динамику конденсатов в живых клетках. Оно подчеркивает важность изучения механических свойств биомолекулярных конденсатов, которые связаны с широким спектром биологических функций и заболеваний.
"Измеряя, как эти конденсаты меняются от жидкости к твердому телу в живых системах, мы можем лучше понять, как развиваются и прогрессируют такие заболевания, как болезнь Паркинсона", — сказал Чжэн Ши, старший автор исследования.
Ученые из Рутгерса сосредоточились на этих белковых каплях, чтобы исследовать новые клеточные механизмы.
"Наше исследование позволило нам определить факторы, запускающие переход этих конденсатов из жидкости в твердое состояние", — отметил Ши.
При болезни Паркинсона гибнут клетки мозга, производящие дофамин, что приводит к прогрессированию симптомов. Альфа-синуклеин играет в этом критическую роль: он неправильно сворачивается, образуя токсичные для нейронов патологические формы, называемые тельцами Леви.
Для своих выводов ученые разработали набор инструментов, преодолевающих прежние ограничения, позволявшие проводить измерения только в пробирках.
"Это захватывающе, потому что наша техника впервые позволяет напрямую и количественно измерить материальные свойства конденсатов в живых клетках. Это технологический скачок", — сказал Хуань Ван, первый автор исследования.
Ключом стало создание инструментов, столь же крошечных, как и сами конденсаты, которые могли бы исследовать их, не разрушая клетки. Исследователи создали микропипетки для точного измерения малых объемов жидкостей.
Методика использовала капиллярный эффект. Ученые осторожно вводили микропипетки в конденсаты, извлекая их содержимое. Контролируя давление и наблюдая за деформацией, они измеряли важные свойства, такие как вязкость и поверхностное натяжение.
Цель исследователей — продолжать измерять и лучше понимать свойства конденсатов в живых клетках и их значение для болезней.
"Это открывает новые пути для исследований ранних стадий нейродегенеративных заболеваний и их лечения", — заключил Ши.
В исследовании также участвовала группа Драгомира Миловановича из Немецкого центра нейродегенеративных заболеваний в Берлине.