Создан новый инструмент для изучения РНК внутри клеток

Внутреннее пространство клетки заполнено белками и нуклеиновыми кислотами, такими как РНК, которые должны выполнять определённые функции в строго заданное время. Если этого не происходит, могут развиться серьёзные заболевания — боковой амиотрофический склероз (БАС), болезнь Хантингтона или многие виды рака. Но что именно происходит внутри переполненной клетки при её дисфункции и как можно предотвратить эти ошибки?

Благодаря работе химиков из Массачусетского университета в Амхерсте, новый общедоступный инструмент под названием iConRNA предоставляет беспрецедентный взгляд на загадочный мир РНК и может помочь разгадать тайну развития разрушительных заболеваний.

Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Представьте себе клетку как оживлённый перекрёсток. Внутри клетки находятся множество органелл — лизосомы, ядро, аппарат Гольджи и митохондрии — со своими собственными мембранами, которые отделяют их от всего остального, подобно тому как автомобиль защищает своих пассажиров от всех остальных на перекрёстке. Но так же, как есть пешеходы, велосипедисты, скейтбордисты и другие препятствия, перемещающиеся среди автомобильного движения, в клетке присутствуют нити незащищённых белков и РНК, смешанные с органеллами.

На протяжении десятилетий учёные задавались вопросом, как незамкнутые белки и РНК могут самоорганизовываться в органеллы без мембран и оставаться отделёнными от всего остального в клетке до нужного момента. Лишь в 2009 году исследователи впервые установили, что во время развития зародышевой линии некоторые из этих незамкнутых элементов конденсируются в самозамкнутую защищённую каплю благодаря фазовому разделению — процессу, аналогичному тому, как гомогенная смесь масла и воды может разделиться на две различные фазы.

Эти «биомолекулярные конденсаты», как их стали называть, обладают способностью к фазовому разделению при множестве клеточных функций и взаимодействий. Их неправильная работа связывается с развитием различных человеческих заболеваний.

Ключевую роль в формировании этих конденсатов играют длинные гибкие биомолекулы, включая одноцепочечную РНК и так называемые внутренне неупорядоченные белки, которые чрезвычайно важны для клеточной функции и при этом невероятно сложны для изучения на молекулярном уровне. Хотя в настоящее время существуют крупнозернистые модели с низким разрешением, которые дали 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 фазовое разделение в РНК-конденсатах.

«Это тема, вызывающая большой интерес в научном сообществе, — говорит Цзяньхань Чэнь, профессор химии в Массачусетском университете в Амхерсте и старший автор статьи. — Не из-за отсутствия усилий модель, подобная нашей, iConRNA, не существовала до сих пор; просто её создание чрезвычайно сложно».

Чэнь отмечает, что ведущий автор статьи Шаньлун Ли, постдокторант Массачусетского университета в Амхерсте, и его «внимание к деталям, острая физическая интуиция и чуткое понимание наилучшей математической формы для моделирования различных физических взаимодействий РНК» стали ключом к созданию iConRNA.

Часть того, что делает их модель настолько мощной, заключается в том, что она разрешает баланс различных физических движущих сил фазового разделения и также может предсказывать, как этот баланс настраивается в различных клеточных ситуациях.

«Она позволяет вам „поворачивать ручку“ таких параметров, как температура и соль, чтобы увидеть, как они влияют на фазовое разделение РНК», — говорит Чэнь.

Её производительность близко соответствует экспериментальным наблюдениям, проведённым в лаборатории, что означает, что впервые исследователи могут пристально взглянуть на одну из неразгаданных тайн внутри каждой человеческой клетки.

Больше информации: Shanlong Li et al, Driving forces of RNA condensation revealed through coarse-grained modeling with explicit Mg²⁺, Proceedings of the National Academy of Sciences (2025). DOI: 10.1073/pnas.2504583122

Источник: University of Massachusetts Amherst