Раскрыты принципы устройства клеточных компартментов
Мембранонезависимые органеллы — это крошечные капли внутри одной клетки, которые, как считается, регулируют всё: от деления и движения до самой её гибели. Лучшее понимание этих загадочных структур может стать ключом к разгадке целого ряда медицинских состояний, включая нарушения развития, детские онкологические заболевания и возрастные болезни.
Новое исследование из Школы инженерии и прикладных наук Вашингтонского университета в Сент-Луисе, опубликованное в журнале eLife, раскрывает принципы, лежащие в основе формирования и организации мембранонезависимых органелл.
«Если наша теория и моделирование верны, мы должны быть способны проектировать эти органеллы так, как мы хотим», — заявил Рохит Паппу, профессор инженерии имени Эдвина Х. Мёрти на кафедре биомедицинской инженерии.
Молекулы белков, которые управляют формированием мембранонезависимых органелл, похожи на жемчужные ожерелья. Они состоят из множества липких доменов («жемчужин»), соединённых гибкими линкерами («нитью»). Эти так называемые мультивалентные белки объединяются, образуя сети, которые удерживаются вместе физическими сшивками между липкими доменами. Количество доменов в молекуле определяет количество возможных сшивок.
Однако феномен сшивки объясняет лишь половину истории о том, как формируются мембранонезависимые органеллы. Эти органеллы также известны как «конденсаты», потому что мультивалентные белки фактически конденсируются, образуя капли, и это нельзя объяснить одной лишь сшивкой.
Команда Паппу задалась вопросом, определяется ли способность формировать сферические капли гибкими линкерами, которые соединяют домены друг с другом. Совместно с Майклом Розеном из Медицинского центра Юго-Западного Техасского университета Паппу и его коллеги, постдоки Тайлер Хармон и Алекс Хоулхаус, использовали компьютерное моделирование и теорию полимерной физики, чтобы показать, что специфичные для последовательности физические свойства линкеров напрямую определяют, будут ли мультивалентные белки образовывать гели внутри сферических конденсатов или гели без формирования капель.
«Нам удалось определить особенности последовательности, которые способствуют формированию сферических гелей, чем, по сути, и являются эти мембранонезависимые органеллы, — сказал Паппу. — Следовательно, мы должны быть способны проектировать капли с заданными материальными свойствами и начать понимать, как и почему определённые типы белков запускают образование капель и как эти капли влияют на клеточные функции.
Возможность имитировать и проектировать естественные структуры — мечта биофизической инженерии, и мы в восторге от того, что нас ждёт впереди».