Как группа 2′-OH помогает РНК образовывать капли и гели

Исследователи из Университета Буффало и Принстонского университета объяснили, почему РНК легче, чем одноцепочечная ДНК, образует капли без мембраны, а внутри них может собираться в гелеподобные сети. Эксперименты и моделирование указали на 2′-гидроксильную группу, или 2′-OH. Она входит в сахарный остов РНК, но отсутствует у ДНК. Статья вышла в Nature Communications 31 июля 2026 года.

Команда сравнила РНК и одноцепочечную ДНК с одинаковыми или близкими последовательностями. В опытах с повторами CAG капли РНК возникали при температуре примерно на 10 °C ниже, чем капли соответствующей ДНК. Для других изученных последовательностей РНК также легче разделялась на фазы, хотя точная температура зависела от состава цепи и условий раствора.

Как одна химическая группа меняет поведение цепи

Каждое звено РНК содержит сахар рибозу. Возле одного из атомов углерода этого сахара, обозначаемого как 2′, расположена группа OH. В ДНК на том же месте находится атом водорода. В самом упрощенном описании разница сводится к одному дополнительному атому кислорода в каждом сахарном звене. Но эта деталь повторяется по всей цепи и меняет ее контакты с водой и ионами.

Малоугловое рентгеновское рассеяние и атомистическое молекулярно-динамическое моделирование показали, что одноцепочечная ДНК была компактнее РНК, но удерживала больше воды возле фосфатного остова. РНК теснее взаимодействовала с ионами магния Mg²⁺, а молекул воды в ближайшем окружении ее остова было меньше. При нагревании цепям становилось легче сближаться, и происходило фазовое разделение: часть РНК концентрировалась в отдельных жидкоподобных каплях.

Представим условный раствор с длинными нитями. Слой воды вокруг каждой нити мешает им приблизиться, а ионы магния ослабляют отталкивание между отрицательно заряженными остовами. Группы 2′-OH у РНК дополнительно участвуют во взаимодействиях с ионами, поэтому ее нити легче сходятся. Это лишь поясняющая аналогия. Магний не действует как буквальный клей, а появление капель зависит сразу от температуры, последовательности, кислотности раствора и концентрации ионов.

Внутри капель молекулы РНК могли образовывать множество межмолекулярных связей. Когда контактов становилось достаточно, появлялась протяженная сеть. Такой переход называют перколяцией. Конденсат терял текучесть и становился гелеподобным, то есть динамически застопоренным. У одноцепочечной ДНК с теми же повторами эта перестройка была слабее или не происходила в испытанных условиях.

Роль 2′-OH проверили с помощью химических изменений. Замена рибозы на дезоксирибозу подавляла фазовое разделение и образование сети. При 2′-O-метилировании, естественной для некоторых РНК модификации, взаимодействие с магнием ослабевало. Модифицированная РНК хуже конденсировалась, а при некоторых условиях ее капли становились более обратимыми и не застывали в связанную сеть.

Авторы предполагают, что до появления клеточных мембран такие конденсаты могли собирать РНК в небольшом объеме и частично защищать ее от неблагоприятной среды. Более высокая концентрация могла увеличить частоту контактов между молекулами, способными хранить информацию и участвовать в химических реакциях.

Однако работа не воспроизводила условия ранней Земли и не показывала, как возникли первые клетки. Исследователи изучали очищенные нуклеиновые кислоты в контролируемых буферах. Поведение конденсатов также зависело от последовательности, температуры, pH и содержания двухвалентных ионов, поэтому результаты нельзя автоматически переносить на любую РНК. Такое разграничение особенно существенно при подготовке научной статьи: лабораторные данные раскрывают возможный физический механизм, тогда как его связь с происхождением жизни пока остается гипотезой.