Искусственный цитоскелет смог собраться в объемах клетки

Ученые создали синтетический цитоскелет в объеме реальных клеток, говорится в исследовании, опубликованном в журнале Nature Chemistry. Эта конструкция оказалась способна к управляемой сборке — в зависимости от наличия вокруг нее АТФ или специфических ДНК фрагментов. Кроме того, авторы показали, что искусственный цитоскелет потенциально подходит для внутриклеточного транспорта мембранных пузырьков.

Синтетическим клеткам, которые пытаются создать ученые, пока далеко до настоящих — для этого нужно воссоздать и связать сразу множество функций и процессов. Тем не менее недавно, например искусственные клетки научили общаться с клетками млекопитающих при помощи молекул. Еще одно важное событие в инженерии клеток — получение минимального синтетического генома, его поместили в клетку бактерии и показали ее жизнеспособность.

Другая задача в получении синтетических клеток — воссоздание цитоскелета. В обычных клетках это полимерные белковые трубочки, поддерживающие форму клетки и создающие внутри нее отдельные пространства-компартменты, а также участвующие в транспорте веществ между ними. Такие структуры уже пробовали создать из ДНКовых блоков, однако они не обладали важным свойством цитоскелета — не могли собираться и разбираться, а также плохо работали в небольших пространствах клеток.

Исследователи из университетов Штутгарта и Гейдельберга под руководством Кевина Джанке (Kevin Jahnke) и Пенфей Чжань (Pengfei Zhan) создали функциональный цитоскелет клетки из ДНК, который оставался стабильным в маленьких компартментах размером с клетку. Для этого ученые создали небольшие блоки из ДНК: каждый из них включал пять цепей нуклеотидов, создающие полость внутри для структуры трубки, а также «липкие» концы для связи с остальными блоками.

Чтобы узнать, как трубочки ведут себя в малых пространствах клетки, биологи также создали синтетические компартменты — капельки жидкости, покрытые слоем липидов. В них поместили блоки ДНК и посмотрели на них в конфокальный микроскоп. Синтетические микротрубочки постоянно разбирались и собирались заново, не принимая стабильной формы.

Чтобы управлять сборкой и разборкой микротрубочек, ученые предусмотрели в их дизайне сайты для связывания специфических фрагментов ДНК, запускающих диссоциацию элементов. Исследования подтвердили, что сборкой филаментов можно управлять добавлением в систему или изъятием таких ДНК-фрагментов. Таким же образом на систему влиял АТФ — под его воздействием трубочки собирались, а с добавлением его антагониста — разбирались.

Еще одна важная функция цитоскелета внутри живой клетки — транспортировка молекул между компартментами. Оказалось, искусственный аналог тоже справляется с этой задачей. Для этого на каркас микротрубочек поместили короткие фрагменты РНК, а комплементарные к ним части — на груз. Таким образом, РНК-выступы направляли груз вдоль трубочки, последовательно связываясь с ним. Исследователи предполагают, что этот механизм основан на работе фермента РНКазы Н — он удаляет спаренные цепи между грузом и филаментом, позволяя первому двигаться дальше и соединяться со следующим выступом РНК.

Помимо создания синтетического цитоскелета, одна из задач получения синтетической клетки — воссоздание сложных метаболических процессов. Первый шаг к этому был сделан, когда исследователи получили клетку, которая способна светиться в ответ на приток ионов кальция.

Анна Муравьёва