|
Контроль времени деления капель синтетической ДНК
|
|
|
|
Многие клеточные функции в организме человека контролируются биологическими каплями, называемыми каплями с разделением фаз жидкость-жидкость (LLPS). Эти капли, изготовленные из мягких биологических материалов, существуют внутри живых клеток, но не защищены мембранами, как большинство клеточных структур.
|
|
|
|
Из-за отсутствия мембран капельки LLPS могут быстро адаптироваться к потребностям клетки. Они могут перемещаться, делиться и изменять свою структуру или содержимое. Такая гибкость необходима для выполнения различных функций, таких как транскрипция рибосомальной РНК (рРНК) в ядрышке, обеспечение золь-гель переходов, при которых материалы переходят из жидкообразного в гелеобразное состояние, и управление химическими реакциями внутри клеток.
|
|
|
|
Вдохновленные этими уникальными свойствами, ученые разработали синтетические капли LLPS, имитирующие их биологические аналоги. Несмотря на значительный прогресс, достигнутый в управлении разделением и перемещением синтетических капель, точный контроль времени этих процессов остается сложной задачей.
|
|
|
|
Исследование, опубликованное в журнале Nature Communications 27 августа 2024 года, знаменует собой значительный прорыв в этой области. Исследователи из Токийского технологического института (Tokyo Tech), Япония, разработали метод точного контроля времени деления капель синтетической ДНК, которые имитируют капли биологических LLPS. Они достигли этого, разработав схему с временной задержкой, в которой разделение капель регулируется комбинацией ингибиторных РНК и фермента рибонуклеазы Н (RNase H).
|
|
|
Профессор Масахиро Такиноуэ, старший автор исследования, объясняет: "Мы демонстрируем управляемую временем динамику деления искусственных клеток на основе капель ДНК, связывая их с химическими реакциями, демонстрирующими переходный неравновесный процесс релаксации, что приводит к управлению механизмами искусственного клеточного деления".
|
|
|
|
В их подходе капли ДНК удерживаются вместе с помощью Y-образных наноструктур ДНК, соединенных шестиразветвленными ДНК-линкерами. Эти линкеры могут быть соединены с помощью определенных последовательностей ДНК с линкерами, используемыми в качестве триггеров деления ДНК.
|
|
|
|
Изначально триггеры деления связаны с молекулами одноцепочечной РНК (ssRNA), которые называются ингибиторами РНК. Добавление фермента РНКазы Н разрушает эти ингибиторы, освобождая триггеры деления, которые разрезают ДНК-линкеры и инициируют деление капель.
|
|
|
|
"Эти две реакции вызывают временную задержку в расщеплении ДНК-линкера, что приводит к регулированию времени деления капель ДНК", - объясняет Такиноуэ.
|
|
|
|
Исследователи успешно осуществили управляемое деление в трехкомпонентной системе C·A·B-капель, состоящей из трех Y-образных наноструктур ДНК, удерживаемых вместе двумя линкерами. Подавляя и контролируя высвобождение триггеров деления, они установили два различных пути деления: путь 1, где C· A· B-капли сначала делятся на C-капли, а затем на A·B-капли, и путь 2, где C·A·B-капли первоначально делятся на B-капли а потом капельки спермы.
|
|
|
|
Затем этот контрольный путь был применен к молекулярному вычислительному элементу, известному как компаратор, который сравнивал концентрации микроРНК (miRNA), используемых в качестве ингибиторных РНК. Компаратор использовал различия в концентрациях РНК, чтобы определить, какой путь был выбран, предоставляя метод количественного сравнения уровней РНК, который потенциально может быть использован в диагностике.
|
|
|
|
Хотя химические реакции, полученные в ходе исследования, были многообещающими, они были временными и не поддерживали неравновесное состояние, как в клеточных системах. Для разработки стабильных и устойчивых неравновесных систем исследователи подчеркивают необходимость химических реакций, которые поддерживают непрерывный приток энергии. Несмотря на это, исследование обеспечивает ценную основу для дальнейших достижений в области управления динамикой синтетических капель.
|
|
|
|
"Мы считаем, что эта технология обеспечивает стратегию создания искусственных клеток и молекулярных роботов с более сложными функциями, такими как саморепликация с контролем времени, доставка лекарств и диагностика, с большей точностью и количественными характеристиками", - говорит Такиноуэ.
|
|
|
|
Источник
|
