Капли — ключ к динамической активности клеток

Клетка — это сложная машина, чья гибкая архитектура позволяет ей участвовать в жизненных процессах: передаче информации, утилизации отходов, реакции на стресс.

Один из способов, которым белки и другие молекулы в клетке достигают этой гибкости — конденсация в специализированные капли, явление, называемое жидкостно-жидкостным фазовым разделением. Клиффорд Брангвинн, профессор химической и биологической инженерии, возглавляет группу, исследующую образование и функции этих капель — их называют безмембранными органеллами или конденсатами, в отличие от более известных органелл с мембраной, таких как митохондрии или ядро.

Безмембранные органеллы играют ключевую роль в ядре, где хранится геном клетки и где её гены транскрибируются в инструкции для клеточной активности. Команда Брангвинна разработала новые инструменты для изучения и управления конденсацией белков в ядре и теперь применяет эти подходы, чтобы раскрыть новые аспекты регуляции генов. Эта работа может помочь понять, как регуляция генов нарушается при раке и нейродегенеративных заболеваниях, и способствовать открытию новых терапевтических подходов.

«Геном — это не просто абстрактная программа», — сказал Брангвинн, исследователь Медицинского института Говарда Хьюза. Каждая хромосома — это длинная нить ДНК, упакованная в относительно крошечное ядро и обёрнутая вокруг сопровождающих белков. Физические силы критически важны для регуляции генов, и Брангвинн исследует, как белковые капли действуют в, на и вокруг генома, влияя на экспрессию генов.

Для этого Брангвинн с коллегами создали технику под названием CasDrop. Она сочетает оптогенетику (использование света для управления клеточной активностью) с технологией редактирования генов CRISPR, чтобы активировать конденсацию белков на определённых последовательностях ДНК в геноме клетки. CasDrop позволила исследователям начать изучение биофизики взаимодействия капель с геномом, показав, как белковые капли притягиваются к открытым, активным областям генома, и как капли могут стягивать вместе удалённые части генома для согласованной активации генов.

«Эти капли деформируют геном, и то, как это организовано для включения одних генов и выключения других, — очень активная область исследований», — сказал Брангвинн. «Существует множество различных типов капель, и они могут быть несмешиваемыми друг с другом, что позволяет создавать всевозможные интересные структуры. Мы пытаемся понять организацию генома, экспрессию генома и то, как физические силы, связанные с этими каплями, его реструктурируют».