研究者らは、DNA液滴内でこれまで知られていなかった分子運動を発見し、細胞プロセスの理解に革命をもたらし、高度な生体材料への道を開く可能性があります。この発見は、医学と材料科学における大きな進歩につながる可能性があります。
ヨハネス・グーテンベルク大学マインツ、マックスプランク高分子研究所、テキサス大学オースティンの研究者らは、DNAポリマーでできた液滴に入るとき、ゲスト分子がランダムに拡散しないことを観察しました。代わりに、それらは秩序だった方法で液滴内を移動し、鋭い波のような前線を形成します。「これは全く予期せぬ行動です」と、JGU化学科のWeixiang Chen氏は説明しています。彼らの発見は、Nature Nanotechnology誌に掲載されました。
古典的な拡散モデルでは、液体中の分子は徐々に広がります。たとえば、青い染料の液滴を水に加えると、色がゆっくりと分散します。しかし、DNA液滴内のゲスト分子は異なる振る舞いをします。JGU化学科のアンドレアス・ヴァルター教授によると、「分子は、古典的なモデルに反し、分子波や移動する境界に似た、構造化され制御された方法で移動します。」
研究チームは、生体分子凝縮物としても知られる、数千本の単一DNA鎖からなる液滴を使用しました。これらの液滴のユニークな特徴は、DNA構造や塩濃度などのパラメータを使用して、その特性を正確に調整できることです。これらの液滴は、膜なしで複雑な生化学を組織化するために同様の凝縮物を使用する生物学的細胞にも関連性があります。Chen氏は、「したがって、私たちの合成液滴は、自然なプロセスを模倣し、よりよく理解するための優れたモデルシステムを形成しています」と述べています。研究者らは、液滴の内部を特異的に認識し、結合できる特別に設計された「ゲスト」DNA鎖をDNA液滴に導入しました。ゲスト分子の新しい運動は、添加されたDNAと液滴に存在するDNAが互いに結合するキーロック原理に起因します。これにより、Chen氏によると、軟質材料では全く新しい現象である動的状態が生まれます。
これらの発見は、軟質材料の物理学を理解するためだけでなく、細胞内の化学プロセスにとっても重要です。ヴァルター氏は、「細胞がどのようにシグナルを調節し、分子イベントを組織化するかを理解するための、不足しているパズルの1つになる可能性があります」と示唆しています。これは、タンパク質が細胞核から細胞質に移動して凝縮物を形成する神経変性疾患の治療に特に関心があります。これらは老化するにつれて、動的状態からより固体状態に移行し、問題のある線維を形成します。ヴァルター氏は、「これらの老化プロセスは、私たちの発見の助けを借りて影響を受ける可能性があり、長期的には神経変性疾患に対する全く異なる治療選択肢を開く可能性があると少なくとも考えられます」と結論付けています。