15.09.2021
ФизТех
1 925

В МФТИ изучили внутриклеточную передачу сигнала при помощи разделения фаз

4.5

Ученые из Центра исследований молекулярных механизмов старения и возрастных заболеваний МФТИ изучили имеющиеся данные о процессе разделения жидких фаз в клетках. Биофизики 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.

Клеточная структура под микроскопом / ©www.vokrugsveta.ru

Работа опубликована в журнале Biochimica et Biophysica Acta. Большинство биохимических реакций внутри клеток происходит в ограниченных пространствах. Некоторые процессы протекают внутри «классических» органелл, таких как ядро, митохондрии и другие. Эти органеллы отделены от остального внутриклеточного пространства двухслойными липидными мембранами.

Помимо мембранных органелл, существуют также внутриклеточные включения, не имеющие мембран. Некоторые из них представляют собой твердые белковые тела или нерастворимые скопления, содержащие сшитые белки и другие биологические молекулы.

Однако существуют также многочисленные клеточные тела, которые представляют собой капли жидкости, образованные в результате фазового разделения «жидкость — жидкость», — так называемые безмембранные органеллы (схема внутреннего устройства клетки изображена на рисунке 1).

Рисунок 1. Схема клетки / ©Википедия

Разделение фаз в биологических системах обычно обеспечивается специальными белками, которые имеют внутренне неупорядоченные области и часто способны связываться с РНК и/или ДНК. Разделение жидких фаз основано на слабых взаимодействиях между биополимерами, однако точные механизмы фазового разделения и биогенеза безмембранных органелл до сих пор полностью не изучены.

Нарушения процессов разделения фаз часто служат причиной различных патологий. Так как это явление играет значительную роль в работе нейронов, его изменение может вызвать раннюю деменцию, боковой амиотрофический склероз, а еще болезни Альцгеймера и Паркинсона. Некоторые виды рака также могут быть вызваны сбоями фазового разделения в клетках. Полное понимание процессов разделения фаз и их роли в биохимии клетки может помочь в борьбе со многими тяжелыми заболеваниями.

В работе ученые кратко описывают основные принципы разделения фаз в живых клетках. Авторы нашли взаимосвязь между разными процессами разделения фаз и предположили, что с помощью этого механизма клетка может получать сигналы об изменении внешних условий, практически не затрачивая энергии.
Согласно разработанной учеными модели, перераспределение липидов в мембране вследствие разделения жидких фаз может запускать процессы фазового разделения белков, которые, в свою очередь, могут запускать или останавливать другие биохимические процессы в клетке (схема передачи сигнала изображена на рисунке 2).

Рисунок 2. Схема передачи сигнала при помощи разделения жидких фаз / ©www.sciencedirect.com

«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, нуклеинивых кислот и метаболитов в клетке, ускоряет сборку метаболических и сигнальных комплексов и обеспечивает эффективный транспорт субстратов к ним», — рассказывает Семен Нестеров, научный сотрудник лаборатории старения и возрастных нейродегенеративных заболеваний Центра исследований молекулярных механизмов старения и возрастных заболеваний МФТИ.

«Механизм практически не требует энергии, поэтому клетка способна реагировать даже на кажущиеся незначительными изменения внешних условий и экономить энергию при транспорте молекул. Мы предполагаем, что на механизме разделения жидких фаз может быть основана ранее не исследованная система передачи сигналов внутри клеток.

Понимание ее работы может приблизить нас к излечению крайне тяжелых болезней, в том числе некоторых видов рака», — дополняет Владимир Уверский, научный сотрудник лаборатории старения и возрастных нейродегенеративных заболеваний МФТИ и Университета Южной Флориды (США). Модель поможет в дальнейших исследованиях процесса разделения жидких фаз и передачи сигнала внутри клеток.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), известен также как Физтех — ведущий российский вуз по подготовке специалистов в области теоретической, экспериментальной и прикладной физики, математики, информатики, химии, биологии и смежных дисциплин. Расположен в городе Долгопрудном Московской области, отдельные корпуса и факультеты находятся в Жуковском и в Москве.
Предстоящие мероприятия
Вчера, 19:27
Михаил Орлов

В последнее время Азовское море страдает от нашествий медуз-корнеротов. Местные исследователи из Азово-Черноморского филиала ВНИРО подошли к проблеме изобретательно и предложили использовать корнеротов как ценный продукт питания.

Позавчера, 16:42
Илья Ведмеденко

Украина, вероятно, потеряла недавно запущенный космический аппарат «Сич-2-30». Пока с ним нет устойчивой связи — или совсем никакой.

25 января
Александр Березин

Океаны на нашей планете не могли возникнуть сразу после ее появления: здесь было слишком жарко. Однако попытки объяснить их «кометным завозом» не удались, изотопный состав нашей воды не такой, как в кометах. До самых недавних пор оставалось неясным, откуда же тогда она появилась, сделав возможной земную жизнь?

24 января
Сколтех

Коллектив ученых из Сколтеха — аспирант Егор Нужин, доцент Максим Панов и профессор Николай Бриллиантов — при помощи методов искусственного интеллекта объяснили таинственное поведение, характерное для ряда животных, — кружение.

21 января
Илья Ведмеденко

Заслуженные штурмовики A-10 и Су-25, которым дали прозвища «Бородавочник » и «Грач» соответственно, много десятилетий стоят на службе в Соединенных Штатах и России. Страны избрали разные подходы к модернизации этих самолетов, и сегодня Naked Science постарается понять, какой из них больше соответствует требованиям XXI века.

23 января
Илья Ведмеденко

(16) Психея – одно из самых необычных небесных тел в Поясе астероидов. Она может дать людям не только понимание о происхождении планет, но и невероятные по своим объемам ресурсы. Правда, придется подождать: миссия по исследованию астероида находится лишь в самом начале долгого и сложного пути.

12 января
Алиса Гаджиева

Дополнительное исследование вулканических пород формации Кибиш в Эфиопии изменило датировку найденных там костей Homo sapiens.

20 января
ТГУ

Ученые факультета физической культуры Томского государственного университета в рамках гранта, поддержанного РНФ, исследуют особенности механизма усвоения глюкозы при сахарном диабете второго типа. Для этого был организован масштабный четырехмесячный эксперимент на 240 мышах, подобного которому в мире еще никто не проводил. Животные с искусственно сформированным диабетом подвергались физической нагрузке. Установлено, что вечерние тренировки лучше снижали вес мышей мышей, а утренние – приводили к уменьшению уровня глюкозы. Предположительно, фактором, стимулирующим утилизацию глюкозы, выступил стресс. Ученые намерены проверить эту гипотезу.

24 января
Сколтех

Коллектив ученых из Сколтеха — аспирант Егор Нужин, доцент Максим Панов и профессор Николай Бриллиантов — при помощи методов искусственного интеллекта объяснили таинственное поведение, характерное для ряда животных, — кружение.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: