Исследование предполагает, что белки могут разделяться и образовывать капли внутри клеток

В физике система, состоящая из двух веществ, может быть смоделирована в соответствии с классической теорией смесей, которая рассматривает долю, соответствующую каждому компоненту, и взаимодействия между компонентами. Примерами являются сосуществование фаз высокой и низкой плотности в переохлажденной воде и сосуществование металлических луж в изолирующей матрице в переходе металл-изолятор Мотта.

Руководствуясь такого рода соображениями, исследователи из Университета штата Сан-Паулу (UNESP) в Рио-Кларо, Бразилия, использовали концепции физики конденсированного состояния для описания компартментализации белков в клетках и предложили клеточную фазу Гриффитса по прямой аналогии с канонической магнитной фазой Гриффитса.

Исследование опубликовано в журнале Heliyon . Последний автор и руководитель — Мариано де Соуза, профессор Института геонаук и точных наук (IGCE-UNESP), а первый автор — Лукас Сквилланте, кандидат наук того же университета.

«В магнитной фазе Гриффитса намагниченные или ненамагниченные области возникают в парамагнитных или ферромагнитных матрицах соответственно, что приводит к значительному снижению динамики систем. Эти так называемые «редкие области» возникают случайным образом. В предыдущей работе мы исследовали электронную фазу Гриффитса на грани перехода металл-изолятор Мотта. В этом исследовании мы сосредоточились на белковых каплях, образующихся внутри клеток как «редкие области», по прямой аналогии с магнитной фазой Гриффитса», — сказал Соуза.

Производство белков внутри клетки может достигать порога, который приводит к разделению фаз жидкость-жидкость и компартментализации белков в форме капель. «Используя инструменты термодинамики, такие как параметр Грюнайзена, модель Флори-Хаггинса и модель Аврамова-Казалини, мы показываем, что клеточная динамика резко снижается вблизи бинодальной линии, которая определяет разделение фаз, а также для эквивалентной концентрации белка/растворителя, что приводит к клеточной фазе, подобной Гриффитсу», - сказал Соуза.

В исследовании также предполагается, что клеточная фаза, подобная фазе Гриффитса, связана с зарождением жизни и появлением первичных организмов в соответствии с классической теорией, сформулированной русским биологом и биохимиком Александром Опариным (1894–1980) в 1930-х годах, поскольку выживали и развивались только коацерваты (капли органических молекул, объединяющихся в водном растворе) с медленной динамикой.

«Это, в свою очередь, может быть связано с фундаментальной ролью, которую играет гомохиральность в эволюции жизни», - сказал Соуза.

Исследователи демонстрируют в исследовании, что увеличение времени диффузии белка происходит одновременно с уменьшением стохастических флуктуаций в клетке, что, в свою очередь, является ключом к оптимизации экспрессии генов. Исследование предлагает альтернативный подход к изучению динамики компартментализации белка, который может быть применим и к другим биологическим системам.

«Фундаментальная роль, которую играет разделение фаз жидкость-жидкость в развитии и лечении заболеваний, широко обсуждается в литературе, особенно в отношении опухолеобразования. Идея заключается в том, что белки, кодируемые генами, связанными с такими заболеваниями, могут быть компартментализированы, и это влияет на их роль в мутации клеток», - сказал Маркос Миникуччи, профессор клинической медицины в UNESP Botucatu и соавтор статьи.

Другие примеры роли, которую играет фазовое разделение, включают катаракту (когда фазовое разделение в сетчатке может вызвать нарушение зрения ), нейродегенеративные заболевания и даже COVID-19 (когда коацервация белка N SARS-CoV-2 может подавлять врожденный иммунный ответ на вирус). Недавно было сообщено, что фазовое разделение, связанное с белком 1, подавляющим ферроптоз (FSP1), может быть использовано в эффективном терапевтическом вмешательстве против рака.

«Разделение фаз жидкость-жидкость влияет на каждую болезнь по-разному, и образование белковых капель может быть полезным или нет. Клеточная фаза, подобная Гриффитсу, которую мы предлагаем, может оказать значительное влияние на управление и даже лечение заболеваний», — сказал Миникуччи. Исследование, проведенное группой Соузы, демонстрирует важность междисциплинарности в фундаментальных научных проектах.

Другими соавторами, помимо Сквилланте, Миникуччи и Соузы, являются Антонио Серидонио (UNESP Ilha Solteira), Роберто Лагос-Монако (UNESP Rio Claro), Аниекан Магнус Укпонг (Университет Квазулу-Натал, Питермарицбург, Южная Африка), Лучано Рикко (Университет Исландии) и Исис Мелло, аспирант под руководством Соузы.

Бер Илья Леонидович, Общество с ограниченной ответственностью «Три «Ч», Центр Т, Транс, Издание «Проект», Общество с ограниченной ответственностью «ЛИЗА НОРМ», Фонд «Центр гражданского анализа и независимых исследований «ГРАНИ», Автономная некоммерческая организация «Научный центр международных исследований «ПИР», Региональная общественная правозащитная организация «Союз «Женщины Дона» признаны в РФ иностранными агентами.
Автор: Маргарита Лисарова
Источник: phys.org
📅 Вчера, 09:09