Итальянские и российские исследователи подтвердили гипотезу о том, что самоподдерживающийся порядок в эукариотической клетке представляет собой результат совместного действия двух спонтанных механизмов. Одинаковые молекулы собираются в «капли» на мембране, а затем отрываются от нее в форме крошечных пузырьков, обогащенных собравшимися вместе молекулами. Статья опубликована в журнале Physical Review Letters.
Команда исследователей из России и Италии экспериментально проверила гипотезу о том, что самоподдерживающийся порядок в эукариотической клетке — результат совместного действия двух спонтанных механизмов. Во-первых, одинаковые молекулы собираются на мембране в кластеры, подобно тому, как капли воды в переохлажденном облаке пара образуют туман. Во-вторых, эти «капли» вызывают локальное выпячивание мембраны, на которой они находятся, и образуют крошечные пузырьки (везикулы). Обогащенные собравшимися вместе молекулами, они отрываются от мембраны и распределяются по клетке.
«С точки зрения физики движение молекул по мембране подчиняется законам диффузии (хаотического, необратимого движения), и от устройства этих молекул и самой мембраны зависит только один параметр — коэффициент этой диффузии. Законы диффузии приводят к тому, что на двумерной поверхности, чем и является мембрана, вероятность попадания молекулы в заданную область слабо зависит от размеров этой области. Это принципиальный момент, который, по-видимому, и есть основная причина того, что многие жизненно важные процессы в клетке происходят на внутренних мембранах, которые двумерны, а межмембранный объем служит в основном складом — резервуаром смеси нужных субстанций», — говорит один из исследователей, профессор НИУ ВШЭ Игорь Колоколов.
Ядро эукариотической клетки состоит из множества отсеков, разделенных мембранами. Каждое отделение играет свою роль в функционировании клетки и занято определенными молекулами. Важнейшую роль в устойчивости ядерной клетки играет процесс постоянного пространственного переупорядочивания и доставки молекул в правильные места назначения. Ученые предложили математический аппарат, позволяющий выделить универсальные черты этой кинетики. Оказалось, что для каждого сорта молекул существуют оптимальные значения параметров, например частоты зарождения кластеров, при которых весь процесс идет максимально эффективно.
Кроме того, ученые пронаблюдали за клетками, извлеченными из кровеносных сосудов пуповинной ткани человека. Полученные данные подтверждают теоретическую конструкцию, включая такую важную характеристику, как распределение растущих обогащенных кластеров по размерам. Статья позволяет сделать вывод о том, что эволюционно живые клетки «работают» в области оптимальных параметров, обеспечивающих максимальную эффективность процесса молекулярной реорганизации.
Результаты исследования представляют большой интерес с точки зрения медицинских приложений, поскольку дефекты процесса молекулярного переупорядочения связаны с многочисленными серьезными заболеваниями, включая онкологию. Создание достаточно универсального и обозримого описания, позволяющего определить параметры управления процессом, — важный первый шаг, необходимый для выявления возможностей лечения.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
