Российские ученые исследовали процессы разделения жидких фаз в клетках. Они предположили, что существует взаимосвязь между разными процессами разделения жидкостей, а последовательность разделений передает сигнал от внешней среды внутрь клетки. Понимание процесса разделения фаз может помочь в изучении причин некоторых болезней.
Множество биохимических процессов внутри клеток протекает в безмембранных органеллах, представляющих собой капли жидкости, образованные в результате фазового разделения «жидкость — жидкость». Разделение фаз в биологических системах обычно обеспечивается специальными белками, которые имеют внутренне неупорядоченные области и часто способны связываться с нуклеиновыми кислотами.
Разделение жидких фаз основано на слабых взаимодействиях между биополимерами, однако точные механизмы до сих пор полностью не изучены. Нарушения этих процессов часто становятся причиной различных патологий, например деменции, амиотрофического склероза, болезней Альцгеймера и Паркинсона, некоторых видов рака.
Ученые из Центра исследований молекулярных механизмов старения и возрастных заболеваний МФТИ описали основные принципы разделения фаз в живых клетках. Авторы обнаружили взаимосвязь между различными процессами разделения фаз и предположили, что с помощью этого механизма клетка может получать сигналы об изменении внешних условий, практически не затрачивая энергии. Согласно модели, перераспределение липидов в мембране вследствие разделения жидких фаз запускает процессы фазового разделения белков, которые, в свою очередь, регулируют биохимические процессы в клетке.
«Из-за своей жидкой природы и отсутствия мембран клеточные тела, образованные разделением фаз, могут быстро обмениваться молекулами с окружающей средой, а также быстро образовываться и распадаться в ответ на различные сигналы. Разделение фаз обеспечивает сортировку белков, нуклеиновых кислот и метаболитов в клетке, ускоряет сборку метаболических и сигнальных комплексов и обеспечивает эффективный транспорт субстратов к ним», — рассказывает соавтор исследования Семен Нестеров.
Этот механизм практически не требует энергии, так как клетка способна реагировать даже на кажущиеся незначительными изменения внешних условий и экономить энергию при транспорте молекул. Возможно, на механизме разделения жидких фаз может быть основана ранее неисследованная система передачи сигналов. Понимание ее работы может приблизить ученых к лечению тяжелых болезней.
Статья опубликована в журнале Biochimica et Biophysica Acta.