Взаимодействия ДНК и пептидов создают сложное поведение, которое могло сформировать биологию

Новое исследование учёных из Института наук о Земле и жизни (ELSI) Токийского технологического института и Института Пьера-Жиля де Женна (ESPCI Paris, Université PSL) показывает, что взаимодействия ДНК и белков имеют глубокую склонность к образованию высокоупорядоченных структур, подобных тем, что обеспечивают экстремальную упаковку ДНК в клетках.

Самопроизвольная организация в жидкие кристаллы

В своей работе Фракча и Цзя показали, что двуцепочечная ДНК и пептиды могут особым образом генерировать множество различных жидкокристаллических (ЖК) фаз. Эти ЖК-фазы фактически формируются внутри безмембранных капель, называемых коацерватами, где ДНК и пептиды спонтанно со-собираются и упорядочиваются.

Концентрация, сравнимая с клеточным ядром

Этот процесс приводит ДНК и пептиды к очень высоким концентрациям, сравнимым с концентрацией в ядре клетки — в 100–1000 раз выше, чем в исходном разбавленном растворе. Такая спонтанная поведение могло, в принципе, способствовать образованию первых клеткоподобных структур на ранней Земле, которые использовали бы упорядоченную, но текучую ЖК-матрицу для повышения стабильности и функциональности.

Простота переключения фаз

Исследователи обнаружили, что к различным жидкокристаллическим структурам можно переходить непрерывно, просто изменяя условия окружающей среды, даже такие простые, как солёность или температура. Учитывая множество неисследованных условий, эта работа предполагает, что в ближайшем будущем может быть открыто много новых самоорганизованных ЖК-мезофаз с потенциальной биологической функцией.

Значение для понимания происхождения жизни и болезней

• Происхождение жизни: Это новое понимание самоорганизации биополимеров важно для понимания того, как примитивные коллекции молекул могли структурироваться в коллективно ведущие себя агрегаты.
• Болезни: Работа также может быть актуальна для понимания таких заболеваний, как Альцгеймер, Паркинсон, Хантингтон и БАС, где потенциальными основными причинами указываются внутриклеточные фазовые переходы и разделение, ведущее к образованию безмембранных капель.

"Мы надеемся, что эта работа поможет повысить понимание общественностью жидких кристаллов в контексте происхождения жизни", — говорит соавтор Цзя.