Внутри клетки множество белков и нуклеиновых кислот, таких как РНК, и все они должны выполнять определённые функции в строго заданное время. Если этого не происходит, могут развиться серьёзные заболевания, такие как БАС, болезнь Хантингтона или многие виды рака. Но что именно происходит внутри перегруженной клетки, когда она работает неправильно, и как можно предотвратить эти сбои?
Благодаря усилиям пары химиков из Университета Массачусетса в Амхерсте появился новый общедоступный инструмент под названием [iConRNA](https://github.com/lslumass/iConRNA), который позволяет по-новому взглянуть на загадочный мир РНК и может помочь разгадать тайну развития разрушительных заболеваний.
Исследование [опубликовано](https://pnas.org/doi/10.1073/pnas.2504583122) в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Представьте себе клетку как оживлённый перекрёсток
Внутри клетки есть множество органелл — лизосомы, ядро, аппарат Гольджи и митохондрии — с собственными мембранами, которые отделяют их от всего остального, подобно тому как автомобиль отделяет своих пассажиров от остальных участников движения на перекрёстке. Но, как и на перекрёстке, где помимо автомобилей есть пешеходы, велосипедисты, скейтборды и другие препятствия, в клетке есть цепочки незащищённых белков и РНК, которые перемешиваются с органеллами.
Десятилетия учёные задавались вопросом
Как незакрытые белки и РНК могут самоорганизовываться в безмембранные органеллы и оставаться отделёнными от всего остального в клетке до нужного момента? Только в 2009 году исследователи впервые определили, что во время развития зародышевой линии некоторые из этих незакрытых элементов конденсируются в самозакрытую, защищённую каплю из-за разделения фаз — процесса, аналогичного тому, как однородная смесь масла и воды может разделиться на две отдельные фазы.
Эти «биомолекулярные конденсаты», как их стали называть, обладают способностью разделяться на фазы в рамках многочисленных клеточных функций и взаимодействий. Их неправильная работа связана с развитием различных заболеваний человека.
Центральное место в формировании этих конденсатов занимают длинные гибкие биомолекулы, включая однонитевую РНК и так называемые внутренне неупорядоченные белки, которые чрезвычайно важны для клеточных функций и чрезвычайно сложны для изучения на молекулярном уровне.
Хотя в настоящее время существуют упрощённые модели низкого разрешения, которые позволили получить некоторое представление о мире РНК и внутренне неупорядоченных белков, до сих пор не было эффективного инструмента, который мог бы предложить более детальное представление о том, как работает разделение фаз в конденсатах РНК.
«Это тема, вызывающая большой интерес в этой области», — говорит Цзяньхан Чен, профессор химии в UMass Amherst и старший автор статьи. «Дело не в отсутствии усилий, что подобная модель, такая как iConRNA, не существовала до сих пор; просто её чрезвычайно сложно построить».
Чен указывает на автора статьи, Шэнлон Ли, докторанта в UMass Amherst, и его «внимание к деталям, острую физическую интуицию и сильное чувство наилучшей математической формы для моделирования различных физических взаимодействий РНК» как ключ к созданию iConRNA.
Часть того, что делает их модель такой мощной, заключается в том, что она разрешает баланс различных физических движущих сил разделения фаз и может предсказывать, как этот баланс настраивается в различных клеточных ситуациях. «Это позволяет вам «поворачивать ручку» таких вещей, как температура и соль, чтобы увидеть, как они влияют на разделение фаз РНК», — говорит Чен.
Его производительность тесно связана с [экспериментальными наблюдениями](https://phys.org/tags/experimental+observations/), проведёнными в лаборатории, что означает, что впервые исследователи могут подробно рассмотреть одну из непреходящих загадок внутри каждой клетки человека.
Предоставлено [Университетом Массачусетса в Амхерсте](https://phys.org/partners/university-of-massachusetts-amherst/)