Порядок добавления РНК определяет состав биомолекулярных конденсатов
Биомолекулярные конденсаты транспортируют молекулы РНК внутри клеток для таких функций, как передача сигналов и регуляция клеточных процессов. Однако оставалось неясным, как они формируют чёткие составы, подобно разделению масла и воды.
Исследователи под руководством Рохита В. Паппу (Rohit V. Pappu) из Вашингтонского университета в Сент-Луисе и Эми С. Гладфелтер (Amy S. Gladfelter) из Университета Дьюка обнаружили, что порядок, в котором разные молекулы РНК добавляются в конденсаты, определяет их конечный состав.
Эксперименты проводились на живых клетках гриба Ashbya gossypii. Учёные выяснили, что отсутствие динамического контроля (синхронизации производства РНК) приводит к потере композиционной идентичности конденсатов. Это, в свою очередь, нарушало способность гриба формировать длинные здоровые клетки с чёткими ответвлениями.
Эти ответвления позволяют клеткам оптимизировать рост в определённых областях для исследования среды и извлечения ресурсов. Их формирование зависит от способности упаковывать и локализовать молекулы РНК в нужных местах.
«Конденсаты — это транспортные средства для регуляции и переноса материалов РНК, и поддержание их композиционной идентичности является ключевым», — отметил Рохит Паппу.
Ранее считалось, что специфичные взаимодействия между белком Whi3 и разными РНК обеспечивают спонтанный контроль над разделением компонентов. Однако новое исследование, сочетающее теорию и вычисления, показало, что временной фактор имеет решающее значение.
«Правила, управляющие спонтанным контролем, недостаточны для объяснения поведения этих систем. Вместо этого важен порядок: последовательность, в которой разные молекулы РНК добавляются в смесь, определяет, будет ли система хорошо перемешана или композиционно разделена», — пояснил Паппу.
В будущем команда планирует изучить, может ли композиционная идентичность конденсатов регулироваться активными процессами, и как осуществляется взаимодействие между самими конденсатами. Эти знания помогут понять роль конденсатов в функциях грибов, а также в таких клетках, как аксоны нейронов или кардиомиоциты, где критически важны пространственный и временной контроль.
«Если мы поймём, как достигается динамический контроль над составом, мы сможем инженерным путём создавать в клетках (особенно грибах) функциональные и композиционно различные конденсаты как новые материалы, выполняющие специфические функции в нужном месте и в нужное время — это мечта синтетической биологии», — заключил Паппу.
Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.