Американские и канадские ученые открыли новый механизм образования мембранных везикул.
Эти автономные наночастицы захватывают белки, РНК и другие молекулы извне или внутри живых клеток в качестве питательных веществ или контролируют количество рецепторов гормонов на поверхности клетки, таких как рецепторы инсулина, для регулирования чувствительности клеток к гормонам.
Они также поставляют белковые гормоны на поверхность клеток, где они выделяются в соседние области, чтобы воздействовать на клетки на расстоянии. Эти процессы жизненно важны для нормальной работы клеток человека, а дисфункции связаны с несколькими заболеваниями, включая болезни сердца, рак и психоневрологические расстройства. Это также процесс, с помощью которого наночастицы, инкапсулирующие мРНК вакцины, транспортируются в клетки.
В своей исследовательской статье, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences ученые обнаружили, что эндоцитоз, механизм, с помощью которого молекулы попадают в клетки, начинается с развития «биомолекулярный конденсат». Биомолекулярные конденсаты – это недавно обнаруженное упорядочение белков и РНК в жидкие капли, что свидетельствует о каплях масла в воде.
На предварительных стадиях эндоцитоза определенные белки объединяются в местах зарождения на мембране клетки, двухслойной структуре молекул фосфолипидов, подобной молекулам детергентов, которые развивают структуру клеточных мембран, подобную мыльному пузырю.
В течение нескольких секунд на поверхности мембраны образуется конденсат, похожий на росу на поверхности стекла. В решающий момент клеточная мембрана поддается и инвагинирует в конденсат, в конечном итоге отщепляясь, образуя сферическую везикулу. Как мембрана поддается – загадка, но ученые считают, что эндоцитозный конденсат может быть ответом.
Чтобы понять, как биомолекулярный конденсат может вызвать эндоцитоз, первый автор Луи-Филипп Бержерон-Сандовал из Университета Монреаля сформулировал, что изгиб мембраны может быть фактором, влияющим на свойства материала конденсата.
Мы думали, что некоторая комбинация свойств, включая адгезионную способность ее поверхности, а также вязкость и эластичность конденсата, должна создавать силу на мембране, вызывающую ее изгиб.
Луи-Филипп Бержерон-Сандовал, первый автор исследования, Монреальский университет
Работая с партнерами, Алленом Эрлихом и Адамом Хендриксом из Университета Макгилла, он использовал метод, называемый микрореологией оптических ловушек, чтобы установить эти вязкоупругие свойства эндоцитарного конденсата.
Обсудив это, доктор Бержерон-Сандовал построил математическую модель, чтобы точно описать, как эндоцитарный конденсат толкает мембрану, изгибаясь в конденсат и образуя зарождающуюся везикулу.
Нашу модель можно представить по механической аналогии. Представьте себе гибкую резиновую мембрану, приклеенную к поверхности расширяющегося резинового баллона, наполненного вязкоупругой жидкостью. По мере расширения баллона его объем должен оставаться постоянным, поэтому резиновая мембрана втягивается в баллон, смещая объем, полученный при расширении баллона.
Стивен Мичник, ведущий автор исследования и биохимик, Монреальский университет
Добавлен со-ведущий автор Рохит Паппу, биоинженер из Вашингтонского университета в Сент-Луисе: «До наших первых презентаций нашей модели в 2017 году специалисты в области биомолекулярных конденсатов были сосредоточены на том, как эти тела концентрируются. белки и РНК для выполнения определенных функций. Наше исследование демонстрирует, что новое свойство биомолекулярных конденсатов – действовать как «механоактивные устройства», способные работать с другими материалами для формирования и организации живых клеток ».
Требуются дополнительные работы для проверки и расширения механоактивной роли биомолекулярных конденсатов в других процессах изгиба везикул и мембран, которые формируют клетку и перемещают материалы внутрь и наружу. Белки, составляющие эндоцитарный конденсат, связаны с другими белками, которые вызывают рак и нейродегенеративные заболевания.
Мутации этих белков изменяют материальные свойства конденсатов, которые они формируют, и считается, что эти изменения могут быть источником болезней. В настоящее время продолжаются усилия по созданию лекарств, которые останавливают или обращают вспять эти изменения.
Ссылка на журнал:
Бержерон-Сандовал, Л.П., и др. . (2021) Эндоцитарные белки с прионоподобными доменами образуют вязкоупругие конденсаты, которые обеспечивают ремоделирование мембран. Труды Национальной академии наук . doi.org/10.1073/pnas.2113789118.
Источник: https://www.umontreal.ca/en/[19459009visible