Принципы пищевой науки объясняют организацию мембрано-свободных клеточных компартментов
Исследователи из Johns Hopkins Medicine использовали принципы пищевой науки, чтобы определить, как необычные капли внутри клеток остаются организованными и не растворяются в остальной гелеобразной внутренней среде клетки.
Эта работа может углубить научное понимание эволюции клеток и помочь в пищевой и химической промышленности разработать лучшие способы предотвращения разделения жидких смесей.
Клетки всех живых организмов содержат органеллы — миниатюрные биологические машины, такие как митохондрии или ядро, окруженные мембраной. Однако существуют и другие клеточные структуры, которые выглядят как вязкие, лишенные мембраны "сгустки" (биомолекулярные конденсаты). Они выполняют различные функции: регуляцию генов, передачу химических сигналов или хранение специализированных молекул. Ученые давно предполагают, что эти загадочные капли могут быть примитивной версией органелл.
Исследование, опубликованное 10 сентября в журнале Science, было проведено на лабораторных червях C. elegans, где такие конденсаты известны как P-гранулы.
Ключевое открытие: белок MEG-3 действует как стабилизатор, подобный казеину в молоке
В 2014 году в лаборатории профессора Джеральдин Сейду (Geraldine Seydoux) обнаружили, что белок PGL-3 формирует жидкие капли — "ядро" P-гранул, а белок MEG-3 располагается на их поверхности, образуя небольшие кластеры.
Разгадка механизма пришла, когда Сейду, пытаясь описать наблюдения, нашла информацию о эмульсиях Пикеринга — концепции из пищевой науки. Это смеси двух несмешивающихся жидкостей (например, масла и воды), стабилизированные твердыми частицами на границе раздела фаз. В молочной промышленности для этого используется белок казеин, который покрывает капли жира и предотвращает их слияние и отделение сливок.
Исследователи предположили, что MEG-3 действует аналогично казеину:
- В экспериментах на стекле капли PGL-3, покрытые MEG-3, оставались равномерно разделенными.
- Капли без покрытия сливались, образуя более крупные структуры.
- В яйцеклетках червей, лишенных MEG-3, P-гранулы растворялись медленнее.
Это указывает на то, что MEG-3 не только стабилизирует капли, но и позволяет им быстрее реагировать на изменения окружающей среды.
Роль фермента MBK-2 и значение открытия
С помощью биоинженера Чиу Фана Ли (Chiu Fan Lee) из Imperial College London команда выявила недостающий компонент: фермент MBK-2, который делает внутреннюю жидкость P-гранул менее вязкой.
"Вместе эти эксперименты объясняют, как эта первичная "суповая" среда внутри клеток может собираться в компартменты, которые сопротивляются слиянию и реагируют на сигналы развития", — говорит Сейду.
Исследователи подчеркивают, что биомолекулярные конденсаты — это высокоорганизованные клеточные компартменты с регулируемыми функциями. Они имеют своеобразную "мембрану", но не традиционного липидного типа, а состоящую из белковых кластеров, таких как MEG-3.
Дальнейшие исследования будут направлены на определение точной физической структуры MEG-3. Команда уже подала патентные заявки на использование этого белка в качестве инструмента для создания эмульсий Пикеринга в пищевой и химической промышленности.