Новый метод ЯМР для изучения капель-органелл в клетке

Исследователи из Утрехта нашли новый способ наблюдать безмембранные клеточные компартменты с беспрецедентным уровнем разрешения. Существование этих так называемых биомолекулярных конденсатов противоречит каждому учебнику по биологии. Впервые их удалось наблюдать в пробирке с высокой степенью точности. Результаты работы опубликованы в Nature Communications 4 октября 2019 года.

До недавнего времени считалось, что все органеллы в клетке окружены мембраной. Однако в последние годы стало известно, что помимо мембранных органелл (митохондрии, комплекс Гольджи) существуют и безмембранные компартменты — биомолекулярные конденсаты.

«Эти "капли" состоят из белков и РНК и распределены по всей клетке. Конденсаты иногда образуют "островки": концентрация определённых белков внезапно возрастает, создавая кластеры молекул. Это происходит по всей клетке — и в цитоплазме, и в ядре», — объясняет последний автор статьи Марк Балдус из Утрехтского университета. «Это полностью противоречит учебникам. Не всё имеет фиксированное положение, как мы всегда думали; даже ДНК может образовывать такие капли».

Изучение динамики капель

Хотя о существовании безмембранных компартментов известно уже несколько лет, разрешения обычного микроскопа, томографии и МРТ было недостаточно, чтобы визуализировать их динамическую природу на атомном уровне. В Утрехтском университете есть передовое оборудование для ядерного магнитного резонанса (ЯМР), позволяющее наблюдать сложные системы. В этом исследовании учёные совместно с группой Ремко Спрэнгерса из Университета Регенсбурга разработали новый подход ЯМР для изучения белков, формирующих капли: комбинацию ЯМР в твёрдом состоянии и в растворе.

«Большая часть белков не имеет фиксированной структуры; они переходят из одной формы в другую. Неструктурированные части белка могут быстро двигаться и взаимодействовать с другими белками. Теперь мы можем отслеживать эти процессы с высоким разрешением: где белок связывается, с каким другим белком он связывается, и в конечном итоге мы сможем увидеть, как быстро это происходит», — говорит Балдус.

Связь с заболеваниями

Биомолекулярные конденсаты часто содержат белки, играющие роль в таких заболеваниях, как рак, болезнь Альцгеймера и БАС. «По этой причине фармацевтическая промышленность также проявляет к ним интерес: больше знаний об их структуре может позволить более точно адресовать лекарства», — поясняет Балдус. «Но это второй шаг. Впервые мы доказали, что можем изучать эти капли с наивысшим разрешением, и теперь начнём работу по выявлению всех деталей в этих системах».