«Клетки содержат многие из этих жидкоподобных структур, которые в некотором смысле концептуально похожи на капли масла в воде», — сказала Кристин Китинг, профессор химии в Университете штата Пенсильвания. «Структуры, которые мы называем жидкими органеллами, часто появляются и исчезают внутри клеток. Мы смогли воспроизвести этот процесс биологически разумным способом в лаборатории, контролируя электростатический заряд молекул, которые образуют наши синтетические жидкие органеллы. Мы использовали инструменты, которые могла бы использовать сама клетка, что дало нам первые подсказки о том, как этот процесс может происходить в природе."
«Предполагается, что эти жидкие органеллы разделяют молекулы, такие как РНК и белки, для ускорения реакций внутри клеток», — сказал Уильям Аумиллер, аспирант Пенсильванского университета во время проведения исследования. «Эта область является очень новой, и, вероятно, существует множество различных механизмов, с помощью которых жидкие органеллы образуются в клетках, поэтому изучение фундаментальных вопросов, таких как« каковы минимальные требования, чтобы эти структуры появлялись и исчезали, как в клетке », очень важно."
Исследователи создали синтетические жидкие органеллы, объединив в растворе отрицательно заряженные молекулы РНК с положительно заряженными короткими пептидами — цепочками аминокислот, похожих на белки, но меньшего размера. Поскольку две молекулы имеют противоположные заряды, РНК и пептиды притягиваются друг к другу и самоорганизуются в капли, имитирующие жидкие органеллы.
Затем исследователи скорректировали заряд пептидных молекул в синтетических жидких органеллах с помощью обычных ферментов — белков, которые катализируют определенные реакции в клетке.
Они использовали один тип фермента, называемый киназой, для добавления фосфатных групп — отрицательно заряженных химических компонентов — к пептидам, чтобы нейтрализовать их положительный заряд. Нейтрализация пептидов таким образом вызвала разрушение синтетических жидких органелл.
Затем ученые изменили этот процесс, и синтетические жидкие органеллы преобразовались, добавив еще один тип фермента, называемый фосфатазой, который удалил фосфатную группу из пептидов, восстановив их положительный заряд.
«Все виды реакций в клетках контролируются путем модификации белков с помощью киназ и фосфатаз», — сказал Китинг. «Как химики, мы думали о самых основных механизмах, которые могут быть задействованы в образовании этих жидких органелл, и разумно думать, что это один из механизмов, который клетки могут использовать. Теперь мы можем использовать нашу новую систему для изучения этих жидких структур и того, как они могли развиваться."