Raziskovalci z Univerze v Novi Gorici vodilni pri odkritju dinamične arhitekture velikanskih celičnih nanodelcev

Znanstvenike že dolgo zanima skrivnostna struktura, ki jo najdemo v številnih živalskih celicah – ribonukleinski delec, imenovan »vault« . Vault delci so med največjimi molekularnimi sklopi v človeških celicah in so izjemno pogosti, kljub temu pa njihova natančna vloga ostaja nejasna. Ker so videti kot votli sodi, so raziskovalci domnevali, da delujejo kot drobni transportni vsebniki, ki prenašajo molekule po celici. Razumevanje tega, kako se odpirajo, zapirajo in spreminjajo obliko, pa je predstavljalo velik izziv.

Dr. Fabio Lapenta, bivši raziskovalec iz Laboratorija za vede o okolju in življenju Univerze v Novi Gorici, ki ga vodi doc. dr. Iain Robert White, je sestavil mednarodno skupino raziskovalcev in raziskovalk, ki so v doslej neprimerljivi podrobnosti preučili strukturo in gibanje človeških vault delcev. Pri tem so uporabili dve napredni tehniki: krioelektronsko mikroskopijo (krio-EM) in simulacijo molekularne dinamike, študijo pa je finančno podprla Javna agencija za znanstvenoraziskovalno in inovacijsko dejavnost Republike Slovenije (ARIS). Študija je bila objavljena v ugledni reviji Nature Communications.

Krioelektronska mikroskopija deluje tako, da biološke molekule bliskovito zamrznemo in jih nato poslikamo z elektronskimi žarki. Ta tehnika omogoča vizualni prikaz molekul z ločljivostjo, ki se približa ravni posameznih atomov. Z računalniškimi simulacijami molekularne dinamike nato raziskovalci in raziskovalke modelirajo, kako se te strukture gibljejo skozi čas.

Raziskovalna skupina je ugotovila, da vault delci niso togi vsebniki. Nasprotno – naravno obstajajo vsaj v dveh različnih oblikah: eni, ki je večinoma simetrična, in drugi, ki je rahlo asimetrična. Ta študija razkriva, da so vault delci zelo prožni in se lahko preklapljajo med različnimi strukturnimi stanji.

Računalniške simulacije so pokazale, da vault delci neprestano »dihajo« – se nežno razširjajo in krčijo. Lupina delca ni popolnoma zapečatena, temveč vsebuje pore in topilu izpostavljene predele, ki lahko omogočajo molekulam, da vstopijo, izstopijo ali medsebojno delujejo z delcem, ne da bi se ta moral v celoti odpreti. Ti izsledki nakazujejo, da so vault delci morda dinamične molekularne naprave, ne pa statični skladiščni vsebniki.

Raziskovalna skupina je prav tako identificirala posebne stične točke, ki pomagajo držati skupaj obe polovici vault delca. Da bi preverila, ali so ta stičišča pomembna, je skupina ustvarila mutacije, ki so jih porušile. Spremenjeni proteini so se manj uspešno sestavljali v popolne strukture, kar potrjuje, da so ta stičišča ključna za ohranjanje arhitekture delca, hkrati pa omogočajo določeno prožnost.

Celotna študija ponuja doslej najpodrobnejši vpogled v to, kako se človeški vault delci gibljejo in vzdržujejo svojo strukturo. Dr. Fabio Lapenta pri tem pojasnjuje: »Čeprav biološka funkcija vault delcev ostaja nerazrešena, je razumevanje njihove prožnosti pomemben korak k razlagi tega, kako morda prenašajo tovor, komunicirajo z drugimi celičnimi deli, ali sodelujejo v procesih, kot so odpornost na zdravila, imunski odziv in celično signaliziranje.« Delo prav tako dokazuje moč kombiniranja visokoločljivostnega slikanja z računalniškimi simulacijami pri razkrivanju vedenja velikih molekularnih strojev, ki jih ni mogoče razumeti zgolj na podlagi statičnih posnetkov.

Celoten članek dostopen na spletni povezavi: https://www.nature.com/articles/s41467-026-72674-4

Besedilo pripravil dr. Fabio Lapenta, uredila dr. Maja Bovcon