Поиски истоков жизни на Земле открыли новые тайны клеток человека
17.01.2023 17:58Один из них имеет отношение к происхождению жизни или, точнее, к происхождению белков — тех биологических молекул, которые необходимы для жизни. Как маленькие сегменты белков, плававшие в "первичном бульоне" — влажной, богатой органическими молекулами среде, которая, как считается, существовала на Земле около четырех миллиардов лет назад, — превратились в гораздо более крупные и сложные белковые молекулы, которые мы знаем сегодня?
Стремясь ответить на этот вопрос, ученые в лаборатории покойного профессора Дана Тауфика и их коллеги математически реконструировали возможного давно потерянного предка современных белков. В их модели этот предок состоял из двух небольших белковых сегментов или пептидов с почти идентичными последовательностями аминокислот — пептидное «слово», повторяющееся дважды, чтобы получить простую белковую «фразу». Это повторение предполагало, что некоторые из первых белков могли быть созданы путем объединения последовательностей аминокислот.
Чтобы воспроизвести этот процесс в лаборатории, ученые синтезировали свой гипотетический белок-предок, разрезали его на две части, а затем поместили получившиеся пептидные «слова» в воду. Сначала они не могли найти никаких признаков того, что слова собирались в пары, но когда доктор Лиам Лонго, в то время научный сотрудник лаборатории Тауфика, добавил в смесь определенное количество РНК, которая могла быть доминирующей молекулой в безжизненном мире, вода вдруг помутнела. Под микроскопом Лонго увидел, что положительно заряженные пептиды конденсировались в капли, соединяясь с отрицательно заряженной РНК.
На самом деле чуть более десяти лет назад ученые обнаружили, что подобные капельки естественным образом присутствуют внутри наших клеток сегодня. Эти поразительные конструкции представляют собой структуры из одних только белков или белков с РНК или ДНК; они образуют что-то вроде капель масла в воде за счет разделения фаз между двумя жидкостями. Внутри капель белки могут достигать концентраций, в сотни раз превышающих их концентрацию снаружи. Однако многое еще неизвестно о механизмах образования этих капель и для каких целей они служат в клетках — например, применяются ли они для хранения или выполнения каких-то регуляторных функций.
Тут и сошлись две биологические загадки. Дан Тауфик, работавший в отделении биомолекулярных наук Института Вейцмана, предпринял исследование капель пептид-РНК, чтобы выяснить, могли ли они играть роль в происхождении белков, но было ясно, что это исследование может также пролить новый свет на роли, которые сегодня подобные капли играют в организме человека.
Тауфик и его коллеги предположили, что в еще безжизненном мире капли пептидной РНК, образовавшиеся в первичном бульоне, могли служить "протоклетками", предшественниками современных живых клеток. Капли помогали собрать пептиды вместе и дать им возможность создать двойные структуры, называемые димерами: пары пептидных молекул, притянутые друг к другу молекулярными силами. Позже димер может слиться в единую молекулу, создав исходный белок из двух "слов", подобный тому, который реконструировали ученые.
Однако поиск доказательств существования таких димеров был проблематичным, поскольку их нельзя было обнаружить стандартными методами, применимыми к растворам - они обладают слишком низкой резолюцией. Чтобы преодолеть это препятствие, Тауфик и его коллеги объединились с профессором Даниэлой Гольдфарб с отделения химической и биологической физики Вейцмана, которая изучает структуру и динамику белков с помощью электронного парамагнитного резонанса.
Гольдфарб и ее коллеги решили искать димеры, предложенные Тауфиком, пометив пептиды "спиновыми метками", крошечными молекулами, обладающими особыми магнитными свойствами, изготовленными в лаборатории профессора Нормана Метаниса в Еврейском университете в Иерусалиме. Когда меченые пептиды затем помещают в магнитное поле, метки могут действовать как "шпионы", сообщая о свойствах пептида, к которому они прикреплены. Таким образом, когда ученые провели эксперимент, называемый двойным электрон-электронным резонансом, в котором они применили серию микроволновых импульсов к раствору, содержащему пептиды, они смогли определить, насколько далеко пептиды находятся друг от друга, улавливая определенные магнитные взаимодействия между молекулами-метками.
Во время поисков случилась трагедия. 4 мая 2021 года Тауфик разбился насмерть в результате несчастного случая при скалолазании. И буквально на следующий день доктору Манасу Силу, научному сотруднику лаборатории Гольдфарба, удалось найти димеры в растворе пептида. Исследователи доказали, что пептиды действительно связываются с РНК в каплях: они подтвердили это, обнаружив замедление движения своих "шпионов". Затем они решили проследить магнитные взаимодействия между "шпионами". Ученые проанализировали множество различных соотношений РНК и пептидов, пока им не удалось доказать существование димеров внутри капель.
«Мы обнаружили, что связывание с РНК усиливает образование димеров», — говорит д-р Сил, руководивший этими экспериментами. «Видимо, такое связывание помогает пептидам находить друг друга, так же как два человека, разделенные большим расстоянием, могут легче найти друг друга, если они держатся за одну и ту же веревку».
Результаты исследования показывают, что в древнейшем прошлом нашей Земли подобные капли могли быть "тиглями" для критического шага в эволюции белка, сделав возможным переход от коротких пептидов к более длинным белкам, которые складываются в сложные структуры, позволяющие им выполнять биологические функции. Одной из первых таких функций было связывание с нуклеиновыми кислотами, такими как РНК или ДНК, что является необходимым первым шагом в стимулировании экспрессии генетического кода.
Эти открытия также могут оказаться полезными для понимания того, что происходит внутри капель, которые участвуют во множестве фундаментальных клеточных процессов как в здоровом, так и в больном организме человека. Например, считается, что дефекты в механизмах образования капель способствуют нейродегенеративным заболеваниям; глубокое понимание этих механизмов и того, как они влияют на структуру белка, может указать на новые методы диагностики и лечения.
Источник: MFA
Фото: Профессор Дан Тауфик/Пресс-служба Научного Института им. Вейцмана
Читайте также:
«Супер-пробка» Института Вейцмана для вируса COVID-19
Исследователи израильского Института Вейцмана вместе с партнерами из французского Института Пастера...Ученые Института Вейцмана «взломали» код природного редактора РНК
Открытие позволит повысить эффективность исправления генетических мутаций,...Ученые Института Вейцмана научились выращивать мышиные эмбрионы вне матки
Новый метод позволяет наблюдать за развитием эмбриона в режиме реального времени.Израильские искусственные клетки производят вирусы для безопасных исследований
В Институте Вейцмана создан миниатюрный "конвейер" по производству и сборке белковых элементов структуры вируса....Компьютерные «запчасти» могут дать толчок дизайну белка
С помощью компьютера израильские исследователи моделируют эволюцию белков, создавая структуры, не существующие...Лента новостей:
Французы «заразились» студенческими протестами в США
Правоохранители применяли водометы и слезоточивый газ для разгона толпы.ЦАХАЛ подтвердил гибель израильтянина в результате обстрела «Хизбаллы»
В результате ночного обстрела района горы Дов погиб Шариф аль-Асуд.Великобритания просит допустить наблюдателей к боевикам «Нухбы» в израильских тюрьмах
По мнению Итамара Бен-Гвира, просьба Великобритании может расцениваться как вмешательство...ЦАХАЛ за сутки нанес удары по десяткам целей в Газе. Видео
Основные боевые действия сейчас ведутся в центральной части сектора.Нетаниягу: антисемитские банды захватили университеты в США
"Это напоминает то, что произошло в немецких университетах в 1930-е годы. Это нужно немедленно остановить"После ракетного удара: новая угроза со стороны Ирана
Иранские СМИ: Иран скоро получит от России первую группу самолетов, включающую 24 Су-35Е.Властители дум: знаменитая еврейка в Канаде призывает к «исходу из сионизма»
"это ложный идол, который приравнивает еврейскую свободу к кассетным...Стало известно, как Иран скрывал ущерб от ударов Израиля
Иран скрыл ущерб от нанесенного Израилем удара, заменив один уничтоженный радар ПВО на другой.США не введут санкции против батальона «Нецах Иегуда»
Видимо, активность и резкая реакция израильской общественности заставили Вашингтон одуматься.В ООН подан отчет: Израиль не доказал факт причастности UNRWA к террору
"Израиль не смог предоставить доказательства утверждений о том, что сотрудники UNRWA в секторе Газы связаны...Сэм Олтман признан самым влиятельным евреем
Глава компании OpenAI, разработавшей ChatGPT, Сэм Олтман, признан самым влиятельным евреем мира по версии израильской газеты...Amazon инвестирует 7,2 млрд долларов в Израиль и запускает облачный сервис AWS
Компания Amazon заявила во вторник, 1 августа, что планирует инвестировать около 7,2 млрд долларов до...Intel инвестирует 25 млрд долл в завод в Израиле
Intel построит новый завод в Израиле стоимостью 25 миллиардов долларов, заявил в воскресенье премьер-министр Биньямин Нетаниягу,...Uber уходит из Израиля
Компания Uber, год назад запустившая сервис по заказу такси в Израиле, покидает израильский рынок.Как репатрианту открыть бизнес в Израиле — советы бухгалтера
Получив гражданство, многие предприимчивые люди не ищут работу,...Рождаемость падает во всем мире, но в Израиле сложилась уникальная ситуация
Исследование: демографическая ситуация в Израиле резко отличается...Система ПВО SPYDER All in One прошла успешные испытания, заявляет Rafael
Конфигурация, получившая название SPYDER All in One, включает в себя...Четвертый ракетный корвет «Саар-6» введен в строй. Видео
Четвертый корвет "Саар-6" введен в строй и готов к выполнению боевых задач в Средиземном море и в Красном море.Начался отбор в научные олимпийские сборные Израиля
Министерство просвещения и Центр ученых будущего начинает процесс формирования нового состава школьных олимпийских научных...Израиль инвестирует миллионы, чтобы помочь ИИ понимать иврит и арабский язык
Израиль инвестирует около 30 миллионов шекелей в улучшение способности ИИ понимать иврит...Погибший в Газе старшина после смерти спас пятерых израильтян
Старшина Сиван Вейль, боец бригады коммандос подразделения «Эгоз», был смертельно ранен...В Израиль прибыла делегация врачей из Украины на стажировку в сфере реабилитации зрения
Вчера, на фоне продолжительной войны на Ближнем Востоке...Вступили в силу две крупные реформы на рынке страхования здоровья
Все, кто приобрел страховой полис на покрытие операций в Израиле начиная...Реформа получения медицинских услуг в Израиле: лечение - в любой больнице
Согласно положениям реформы, каждому пациенту будет предложено...Новый штамм COVID-19 обнаружен в Израиле
Новый штамм произошел от «Омикрона», который привел к повышению уровня заболеваемости...«Битуах Леуми» обанкротится на восемь лет раньше, чем ожидалось
Ожидается, что «Битуах Леуми» придет к банкротству на восемь лет раньше, чем прогнозировалось...Moody's: рейтинг Израиля понижен до A2, прогноз негативный. Нетаниягу: «Экономика устойчива»
"Понижение рейтинга не связано с экономикой, оно целиком связано с тем, что мы...Банк Израиля понизил учетную ставку на 0,25% до отметки 4,5%
Темпы инфляции продолжают снижаться, и Банк Израиля прогнозирует достижение запланированных правительством...Денег нет: Минфин требует закрытия шести министерств
Ожидается, что в начале следующей недели Министерство финансов выпустит рекомендацию о закрытии шести “избыточных” министерств...План военного времени принят
Утвержденный план обеспечит компенсацию для предприятий, которые стали нести убытки в результате военных действий.Новый израильский сериал о разведке
Новый сериал компании НОТ «Северный ветер» снял Асаф Беренштейн, режиссер первого сезона знаменитой «Фауды», он же написал сценарий...Мисс Ирак пришла на церемонию вручения премии «Оскар» в платье с именами заложниц ХАМАСа
Сара Идан, мисс Ирак-2017, пришла на вечеринку Элтона Джона по случаю...Для «Евровидения» не одобрили вторую песню Израиля
Европейский вещательный союз (EBU), в конце прошлой недели запретивший израильтянке Эден Голан исполнять на «Евровидении»...Песню Голан не одобрили для «Евровидения»
Представители EBU еще накануне заявили, что текст песни «слишком политический» и не отвечает требованиям конкурса.В Иорданской долине пройдет фестиваль «Зеленая долина»
В преддверии весны пустынные ландшафты Иорданской долины превращаются в зеленые цветущие ковры, а захватывающее...20 апреля в иранских средствах массовой информации, включая Телеграм-канал Корпуса стражей исламской революции, появилась информация о том, что ВВС Исламской Республики на следующей неделе получат первую партию из 24 российских истребителей Су-35. Иранские СМИ заявили, что «в свете недавней напряженности» Россия намерена в ближайшее время передать Тегерану 12 самолетов Су-35
Многие хотят, чтоб мы об этом забыли...
Если мы будем это помнить, несмотря на все их усилия - то вернём...Свобода никогда не бывает данностью
Кому в голову могло прийти, что в XXI веке нашему народу снова придется...Мы своих не сдаём
Первыми евреев обвинили в ритуальных убийствах еще греки и римляне....С праздником свободы и возвращения!
С праздником вас! С Днем Алии. Сегодня - 10 нисана...Мрак бросил вызов свету
Наивным людям только кажется, что атака на Израиль 14 апреля - дело двух...Когда началась война, ребята решили остаться в Израиле, несмотря ни на что. Они добровольно начали работать на кухне в Аянот, в рамках проекта организации "Тлалим", каждый день обеспечивая около 500 горячих блюд солдатам на южном фронте.