Внутрішньоклітинна передача сигналу за допомогою поділу фаз

Малюнок 1. Схема складу клітини.

Вчені з Центру досліджень молекулярних механізмів старіння і вікових захворювань МФТІ вивчили дані про процес поділу рідких фаз у клітинах. Біофізики припустили, що існує взаємозв'язок між різними процесами поділу рідин, а послідовність поділів передає сигнал від зовнішнього середовища всередину клітини. Розуміння процесу розподілу фаз може допомогти у вивченні причин деяких хвороб. Робота опублікована в журналі Biochimica et Biophysica Acta.

Більшість біохімічних реакцій всередині клітин відбувається в обмежених просторах. Деякі процеси протікають всередині «класичних» органелл, таких як ядро, мітохондрії та інші. Ці органели відокремлені від решти внутрішньоклітинного простору двошаровими ліпідними мембранами. Крім мембранних органел, існують також внутрішньоклітинні включення, які не мають мембран. Деякі з них являють собою тверді білкові тіла або нерозчинні скупчення, що містять зшиті білки та інші біологічні молекули. Однак існують також численні клітинні тіла, які являють собою краплі рідини, утворені в результаті фазового поділу «рідина - рідина», так звані безмембранні органели (схема внутрішнього пристрою клітини зображена на Малюнку 1). Розподіл фаз у біологічних системах зазвичай забезпечується спеціальними білками, які мають внутрішньо неупорядковані області і часто здатні зв'язуватися з РНК і/або ДНК. Поділ рідких фаз заснований на слабких взаємодіях між біополімерами, проте точні механізми фазового поділу і біогенезу безмембранних органелл досі повністю не вивчені. Порушення процесів поділу фаз часто є причиною різних патологій. Оскільки це явище відіграє значну роль у роботі нейронів, його зміна може викликати ранню деменцію, бічний аміотрофічний склероз, а також хвороби Альцгеймера і Паркінсона. Деякі види раку також можуть бути викликані збоями фазового поділу в клітинах. Повне розуміння процесів поділу фаз і їх ролі в біохімії клітини може допомогти в боротьбі з багатьма важкими захворюваннями.

У роботі вчені коротко описують основні принципи поділу фаз у живих клітинах. Автори знайшли взаємозв'язок між різними процесами поділу фаз і припустили, що за допомогою цього механізму клітина може отримувати сигнали про зміну зовнішніх умов, практично не витрачаючи енергії. Згідно з розробленою вченими моделлю, перерозподіл ліпідів у мембрані внаслідок поділу рідких фаз може запускати процеси фазового поділу білків, які, своєю чергою, можуть запускати або зупиняти інші біохімічні процеси в клітці (схема передачі сигналу зображена на Малюнку 2). Малюнок 2. Схема передачі сигналу за допомогою поділу рідких фаз.

"Через свою рідку природу і відсутність мембран клітинні тіла, утворені поділом фаз, можуть швидко обмінюватися молекулами з навколишнім середовищем, а також швидко утворюватися і розпадатися у відповідь на різні сигнали. Поділ фаз забезпечує сортування білків, нуклеїнових кислот і метаболітів у клітці, прискорює складання метаболічних і сигнальних комплексів і забезпечує ефективний транспорт субстратів до них ", - розповідає Семен Нестеров, науковий співробітник лабораторії старіння і вікових нейродегенеративних захворювань Центру досліджень молекулярних механізмів старіння і вікових захворювань МФТІ.

"Механізм практично не вимагає енергії, тому клітина здатна реагувати навіть на здаються незначними зміни зовнішніх умов і економити енергію при транспорті молекул. Ми припускаємо, що на механізмі поділу рідких фаз може бути заснована раніше не досліджена система передачі сигналів всередині клітин. Розуміння її роботи може наблизити нас до виліковування вкрай важких хвороб, у тому числі деяких видів раку ", - доповнює Володимир Уверський, науковий співробітник лабораторії старіння і вікових нейродегенеративних захворювань МФТІ та Університету Південної Флориди (США).

Модель допоможе в подальших дослідженнях процесу поділу рідких фаз і передачі сигналу всередині клітин.