Ученые совершили прорыв в понимании загадочных клеточных структур, известных как биомолекулярные конденсаты. Исследователи из Вашингтонского университета в Сент-Луисе разработали инновационную технологию визуализации, которая позволяет наблюдать эти крошечные структуры с беспрецедентной детализацией.
Биомолекулярные конденсаты представляют собой подвижные скопления в клетках, организующие клеточное вещество. Эти обособленные молекулярные сообщества, состоящие из ДНК, РНК и белков, «конденсируют» молекулы в ключевых местах клетки. Долгое время они оставались недоступными для детального изучения из-за своих микроскопических размеров, не позволяющих использовать традиционные микроскопы для их исследования.
Ранее ученые описывали конденсаты как «жидкоподобные» структуры, сливающиеся подобно каплям дождя. Однако новое исследование, опубликованное в журнале Nature Physics, показало, что на самом деле они имеют характер, напоминающий «хендгам» (silly putty) – популярную игрушку с необычными реологическими свойствами, и обладают сетевой структурой.
Исследовательская группа под руководством Рохита Паппу, заслуженного профессора биомедицинской инженерии имени Джина К. Бэра из Инженерной школы Маккелви, и Мэтью Лью, доцента электротехники и системной инженерии той же школы, разработала революционный метод визуализации. Оба ученых являются членами Центра биомолекулярных конденсатов Вашингтонского университета.
Новая технология использует флуорогены – чувствительные к окружающей среде красители, которые светятся только в определенных химических условиях. Это позволяет применять сверхразрешающую микроскопию для наблюдения за конденсатами с невиданной ранее детализацией. Метод единичного флуорогена обеспечивает как одномолекулярное, так и мультимолекулярное разрешение, где флуоресцентные химические зонды действуют как маяки для сетевых узлов конденсатов.
«Представьте конденсаты как сети, где 'липкие' молекулы действуют подобно друзьям, решающим, где и когда собраться вместе», – объясняет Паппу. Техника микроскопии, в свою очередь, сравнивается с отправкой одного муравья для исследования темного дома, где насекомое проводит больше времени в местах, где обнаруживает сахар.
Исследователи отслеживают движения отдельных флуорогенов, чтобы находить и отслеживать узлы сетевой структуры конденсатов. Это позволило впервые картировать внутреннюю организацию этих загадочных клеточных структур, что значительно улучшает существующие методы, которые полагаются на усреднение поведения молекул.
Значимость этого открытия выходит далеко за рамки фундаментальной науки. Понимание того, как функционируют конденсаты в нормальных условиях, дает ценные сведения о том, как они могут нарушаться при раковых и нейродегенеративных заболеваниях. Новая технология позволяет обнаруживать отдельные молекулы и отслеживать их с разрешением, превосходящим дифракционный предел, что открывает новые горизонты для медицинских исследований и разработки целевых терапий.
Изображение носит иллюстративный характер
Биомолекулярные конденсаты представляют собой подвижные скопления в клетках, организующие клеточное вещество. Эти обособленные молекулярные сообщества, состоящие из ДНК, РНК и белков, «конденсируют» молекулы в ключевых местах клетки. Долгое время они оставались недоступными для детального изучения из-за своих микроскопических размеров, не позволяющих использовать традиционные микроскопы для их исследования.
Ранее ученые описывали конденсаты как «жидкоподобные» структуры, сливающиеся подобно каплям дождя. Однако новое исследование, опубликованное в журнале Nature Physics, показало, что на самом деле они имеют характер, напоминающий «хендгам» (silly putty) – популярную игрушку с необычными реологическими свойствами, и обладают сетевой структурой.
Исследовательская группа под руководством Рохита Паппу, заслуженного профессора биомедицинской инженерии имени Джина К. Бэра из Инженерной школы Маккелви, и Мэтью Лью, доцента электротехники и системной инженерии той же школы, разработала революционный метод визуализации. Оба ученых являются членами Центра биомолекулярных конденсатов Вашингтонского университета.
Новая технология использует флуорогены – чувствительные к окружающей среде красители, которые светятся только в определенных химических условиях. Это позволяет применять сверхразрешающую микроскопию для наблюдения за конденсатами с невиданной ранее детализацией. Метод единичного флуорогена обеспечивает как одномолекулярное, так и мультимолекулярное разрешение, где флуоресцентные химические зонды действуют как маяки для сетевых узлов конденсатов.
«Представьте конденсаты как сети, где 'липкие' молекулы действуют подобно друзьям, решающим, где и когда собраться вместе», – объясняет Паппу. Техника микроскопии, в свою очередь, сравнивается с отправкой одного муравья для исследования темного дома, где насекомое проводит больше времени в местах, где обнаруживает сахар.
Исследователи отслеживают движения отдельных флуорогенов, чтобы находить и отслеживать узлы сетевой структуры конденсатов. Это позволило впервые картировать внутреннюю организацию этих загадочных клеточных структур, что значительно улучшает существующие методы, которые полагаются на усреднение поведения молекул.
Значимость этого открытия выходит далеко за рамки фундаментальной науки. Понимание того, как функционируют конденсаты в нормальных условиях, дает ценные сведения о том, как они могут нарушаться при раковых и нейродегенеративных заболеваниях. Новая технология позволяет обнаруживать отдельные молекулы и отслеживать их с разрешением, превосходящим дифракционный предел, что открывает новые горизонты для медицинских исследований и разработки целевых терапий.
