Новые инструменты проливают свет на критическую роль мембране-независимых органелл

Исследователи из Принстона создали новые инструменты, использующие свет для изучения поведения клеток, и сделали открытия о формировании клеточных компонентов, называемых мембране-независимыми органеллами, и их ключевой роли.

В двух статьях, опубликованных 29 ноября в журнале Cell, сообщается об условиях, ведущих к формированию этих органелл, и их влиянии на клеточную ДНК.

Клиффорд Брангвинн, доцент химической и биологической инженерии и руководитель исследований, отметил, что разработка двух светочувствительных систем может оказаться не менее значимой, чем сами открытия. Эти инструменты позволяют точно исследовать внутриклеточное фазовое разделение — процесс, при котором хаотичное жидкое содержимое клетки преобразуется в функциональные компартменты, мембране-независимые органеллы.

Эти органеллы, долгое время игнорируемые, играют критическую роль в здоровье человека. Например, потеря их жидкостной консистенции связана с такими заболеваниями, как рак, болезнь Альцгеймера и боковой амиотрофический склероз (БАС). Предыдущие работы лаборатории Брангвинна показали их важную роль в росте клеток. Одна из новых статей в Cell демонстрирует, что они также влияют на гены, контролирующие клеточное поведение.

Первая работа: система Corelets

Исследователи разработали инструмент Corelets и использовали его для создания количественного описания концентрации белков, управляющих фазовым разделением в клетках. Это описание, называемое фазовой диаграммой, поможет изучить механизмы, которые создают органеллы в одних участках клетки, но не в других. Это, в свою очередь, может указать пути лечения неправильных белковых агрегатов.

Система Corelets использует генетически модифицированные фоточувствительные белки (в данном случае человеческий белок ферритин), которые меняют форму и поведение под воздействием света. Под воздействием синего света другие белки прилипают к сфере ферритина. Изменяя параметры, исследователи могут вызывать фазовое разделение в разных областях клеток.

Вторая работа: система CasDrop

В этой работе исследователи изучили, как формирование мембране-независимых органелл влияет на ядро клетки. Используя инструмент CasDrop, они исследовали хроматин (смесь ДНК, РНК и белка внутри ядра). Они обнаружили, что формирующиеся органеллы неожиданным образом деформируют хроматин. Капли могут выталкивать нежелательные гены, но одновременно притягивать специфически нацеленные гены. Таким образом, капли функционируют как маленькие механически активные машины, реструктурирующие геном.

Система CasDrop основана на революционной технологии редактирования генов CRISPR и использует белковый комплекс Cas9. Брангвинн и коллеги модифицировали Cas9 так, чтобы он функционировал как платформа, которая при активации светом вызывает связывание других белков с геном и локальное фазовое разделение, формируя маленькие капли на поле хроматина.

Филипп Шарп, нобелевский лауреат из MIT, отметил, что эти находки продвигают понимание мембране-независимых органелл и находятся на стыке физики и клеточной биологии, что приведёт к новым методам лечения болезней от рака до Альцгеймера.