Više mini‑organa u ćelijama nego što smo mislili — biomolekularni kondenzati menjaju biologiju

Setite se osnovnog časa biologije: učili ste da su organeli „odvojeni“ delovi ćelije, obično omeđeni membranom — mitohondrije proizvode energiju, lizozomi recikliraju otpad, jedro čuva DNK. Ipak, od sredine 2000‑ih otkrića su pokazala da ćelije sadrže i nemembranske strukture koje funkcionišu kao zasebni „mini‑organi“. Te strukture, poznate kao biomolekularni kondenzati, menjaju osnovne postavke o organizaciji ćelije.

Šta su biomolekularni kondenzati?

Biomolekularni kondenzati su gelolike kapljice unutar ćelija koje nastaju kondenzacijom određenih proteina i RNK. Zamislite lampu sa rastopljenim voskom: kapljice se spajaju, razdvajaju i ponovo spajaju — slično tome, proteini i RNK formiraju dinamične, membranom neograničene kompartmente koji stvaraju lokalno jedinstveno biohemijsko okruženje.

Zašto su važni?

Do 2022. identifikovano je oko 30 različitih vrsta ovih kondenzata, više nego kod klasičnih membranskih organela koji su ih tradicionalno predstavljali. Kondenzati pomažu u procesima kao što su formiranje reproduktivnih ćelija, nastanak stres granula i sinteza proteina (ribozomi), ali mnogi kondenzati još uvek nemaju jasno definisanu ulogu.

IDP i pravilo strukture‑funkcije

Otkriće kondenzata dovodi u pitanje dugo važeću maksimu u biohemiji da je funkcija proteina određena njegovom stabilnom strukturom. Mnogi proteini koji učestvuju u formiranju kondenzata sadrže nestruktuirane regione — takozvane intrinsically disordered proteins (IDP). Iako nemaju čvrstu trodimenzionalnu formu, IDP‑ovi funkcionišu tako što omogućavaju multivalentne i dinamične interakcije koje dovode do kondenzacije.

Inclusion bodies, stained magenta in this micrograph of herpesvirus 6, are aggregates of proteins that form a type of biomolecular condensate.National Cancer Institute/National Institutes of Health via Wikimedia Commons

Kondenzati u bakterijama

Biomolekularni kondenzati pronađeni su i u prokariotima, čime se menja percepcija da su bakterije „jednostavne kese“ biomolekula. Iako samo ~6% bakterijskih proteina ima nestrukturisane regione (nasuprot 30–40% u eukariotima), bakterijski kondenzati su uključeni u važne funkcije, poput regulacije RNK i prostorne organizacije ćelijske mašinerije.

Implikacije za poreklo života

U hipotezi o RNK svetu, ključni izazov je kako su molekuli RNK mogli da se organizuju i reaguju pre pojave lipida i sofisticiranih membrana. Otkrivanje da se RNK može spontano kondenzovati u membranom neograničene kompartmente pokazuje da protoćelije možda nisu zahtevale lipidne membrane — što otežava raniju pretpostavku da su lipidi bili neophodni u ranim fazama hemijske evolucije.

Moguće medicinske primene

Kondenzati su povezani sa patološkim procesima u neurodegenerativnim bolestima kao što su Alchajmerova, Huntingtonova bolest i ALS (amiotrofična lateralna skleroza). Zbog toga se razvijaju strategije za modulaciju kondenzata — molekuli koji ih mogu stabilizovati ili rastvoriti — s ciljem terapije. Ipak, primena u kliničkoj praksi je i dalje u ranoj fazi istraživanja.

Zaključak

Biomolekularni kondenzati preoblikuju ključne ideje o organizaciji ćelije, vezi između strukture i funkcije proteina, biologiji bakterija i čak mogućem nastanku života. Kako nauka napreduje, verovatno će svaki od ovih kondenzata dobiti jasno definisanu funkciju, a udžbenici biologije dobijaju novo gradivo.

Autor: Allan Albig, Boise State University
Tekst je ponovo objavljen iz The Conversation, neprofitne nezavisne novinske organizacije. Autor prima finansiranje od National Institute of Health.