Биомолекулярные конденсаты могут разделять мембраны без помощи белков

Исследователи обнаружили, что клеточные капли функционируют более разнообразно, чем считалось ранее. Способность к разделению (фиссии) мембран в клетках ранее приписывалась исключительно определённым белкам. В новой публикации в Nature международная исследовательская группа показывает, что небольшие клеточные капли, так называемые биомолекулярные конденсаты, также могут разделять мембраны без помощи белков.

Симуляции математика профессора Себастьяна Аланда из Фрайбергской горной академии иллюстрируют, как капли оказывают капиллярные силы на мембраны. Эти силы изгибают мембрану, в результате чего капля захватывается и в конечном итоге отщепляется. Эти открытия могут открыть новые возможности для медицинских методов лечения в будущем, поскольку биомолекулярные конденсаты связаны с развитием таких заболеваний, как болезнь Альцгеймера или рак.

Как работают конденсаты

"Поскольку существование биомолекулярных конденсатов известно всего около десяти лет, мы ещё мало знаем о том, как они работают", — говорит профессор Себастьян Аланд. В отличие от других клеточных компонентов, таких как классические органеллы, конденсаты не имеют мембраны. Они состоят из различных молекул и образуют капли с жидкостными свойствами, важные для стрессовых реакций и передачи сигналов в клетках.

Международная команда исследователей из Берлина, Лондона, Пекина, Токио, Гонконга и Фрайберга изучила, как именно эти конденсаты взаимодействуют с клеточными мембранами. "В конце концов, капли часто сталкиваются с мембраносвязанными структурами в клетках и могут прикрепляться к ним", — говорит соавтор исследования профессор Роланд Кнорр из Университета Гумбольдта в Берлине.

Механизм разделения

"Конденсат оседает на мембране, как капля воды на стекле. Поскольку мембраны, в отличие от стекла, очень мягкие, конденсаты и мембрана могут деформировать друг друга. При правильных физических условиях капля может быть окружена мембраной и в конечном итоге отщеплена". До сих пор считалось, что для завершающего шага в клетках требуются специальные белки.

"Теперь мы смогли показать, что конденсаты могут разделять мембраны даже без специальных белков, просто за счёт своего поверхностного натяжения и действия капиллярных сил", — говорит Аланд.

Роль моделирования

Для этого математик разработал новую технику моделирования, с помощью которой подтвердил и визуализировал результаты экспериментов международной команды. "Эти первые симуляции процесса подтверждают, что последний этап сужения мембраны также может быть выполнен самой каплей — за доли секунды".

Механизм, который команда исследовала в экспериментах с растением Arabidopsis thaliana сначала на живых, а затем на искусственно созданных клетках в пробирке, едва различим под микроскопом. Только моделирование, строго имитирующее процесс, позволяет понять, как именно конденсаты разделяют мембраны.

Перспективы для медицины

"Сейчас мы работаем над улучшением моделирования и хотели бы также понять условия, при которых этот процесс происходит. В биомедицине это можно было бы использовать для объяснения нарушений этих процессов, связанных с такими заболеваниями, как болезнь Альцгеймера или рак", — говорит Аланд.