_ Limbajul molecular bogat ghidează lichidul mic formarea picăturilor în celule

Privirea într-o celulă biologică dezvăluie o lume microscopică agitată. Caii de bătaie din acest tărâm sunt structuri specializate numite organele care îndeplinesc funcții celulare vitale. În mod curios, unele organele sfidează convențiile acceptate: în loc să fie închise într-o membrană de protecție, ele sunt fără membrane și iau forma unor picături lichide izolate. Regulile care guvernează formarea acestor picături, un proces numit „separarea fazelor lichid-lichid”, este un domeniu de cercetare nou și intens urmărit.

O echipă de oameni de știință de la Texas A&M Engineering, Universitatea din Universitatea Delaware și Rutgers a descoperit că aminoacizii (reziduurile) care formează proteinele din picături interacționează în mai multe moduri decât se recunoaște în prezent. Aceste interacțiuni, arată ei, facilitează asamblarea proteinelor și, în cele din urmă, separarea fazei lichid-lichid în picături.

Cercetătorii și-au publicat descoperirile în revista Nature Chemistry.

Lucrările lor sunt un pas către extinderea înțelegerii biologiei celulare, dezvoltarea de tratamente pentru boli care implică agregate patologice de proteine, cum ar fi Alzheimer și Parkinson, și crearea de noi materiale moi bioinginerești.

Descoperirea recentă a picăturilor de lichid în celulele vii a fost făcută pentru prima dată. în celulele germinale ale unui vierme care locuiește în sol, Caenorhabditis elegans (C. elegans). În embrionul viermelui, structurile fără membrană numite granule P servesc funcții esențiale de reproducere. Când au fost cercetate în continuare, anchetatorii au descoperit că granulele P nu aveau membrane și puteau picura, se unesc sau se dizolvă, având caracteristici la fel ca lichidele. Mai mult, aceste granule P și-ar putea menține integritatea în citoplasma asemănătoare jeleului, la fel ca picăturile de ulei din apă.

„A existat o schimbare fundamentală în 2009 în gândirea compartimentării celulare în ceea ce privește apariția picăturilor. structuri asemănătoare”, a spus dr. Jeetain Mittal, profesor la Departamentul de Inginerie Chimică Artie McFerrin și autor principal. „Majoritatea biologilor au început să accepte că separarea fazelor nu este o excepție, ci regula cu care celulele biologice compartimentează unități funcționale, altele decât organelele legate de membrană.”

Dar cum doar proteinele specifice se mârâie în citoplasmă alături de acestea. milioane de alții se adună în picături funcționale? Dovezile indică faptul că proteinele intrinsec dezordonate sau cele care nu au o structură tridimensională ordonată pot fi esențiale în separarea fazelor. Cu toate acestea, interacțiunile dintre proteinele dezordonate care orchestrează separarea fazelor nu au fost încă pe deplin delimitate.

„Nu avem încă o idee foarte clară despre care aminoacizi din regiunile dezordonate oferă forța motrice pentru separarea fazelor. ”, a spus Shiv Rekhi, un student absolvent în laboratorul lui Mittal și autor principal. „Am vrut să mergem în afara regulilor stabilite, să arătăm în continuare separarea fazelor și apoi să cuantificăm modul în care fiecare aminoacid a contribuit la proces.”

Pentru cercetarea lor, echipa a folosit o proteină dezordonată sintetică cu secvențe de aminoacizi. care amintește de proteinele naturale. Cercetătorii au creat apoi variante de proteine ​​prin eliminarea sau adăugarea unui anumit tip de aminoacid și au evaluat dacă a mai avut loc condensarea în picături. Cu colaboratorii lor, au efectuat experimente de microscopie și turbiditate pentru a evalua natura fizică a picăturii îmbogățite cu proteine. În cele din urmă, folosind simulări la scară largă, Rekhi a explorat modul în care interacțiunile atomice dintre aminoacizii din secvența proteinelor s-au tradus la formarea de picături de lichid observate experimental.

„O viziune predominantă este că tirozina și/sau arginina sunt necesare pentru separarea fazelor. Am testat acest lucru direct făcând variante de proteine ​​în care am îndepărtat aceste reziduuri și încă am obținut separarea fazelor”, a spus Rekhi. „Acesta și multe alte astfel de experimente ne-au spus că separarea de fază poate avea loc fără multe reziduuri pe care oamenii le consideră necesare.”

Cercetătorii au descoperit că toate cele 12 variante de proteine, cu excepția uneia, au arătat separarea de fază, subliniind prezența mai multor interacțiunile dintre reziduurile de aminoacizi care alcătuiesc proteina dezordonată.

„O vreme, oamenii din domeniu au presupus că un set limitat de reguli poate descrie formarea picăturilor. Am arătat că totul în secvența proteinei contează", a spus Mittal. „Harrea noastră stabilește că limbajul molecular al separării fazelor este mult mai bogat și mai complex.”

Alți contribuitori la cercetare includ Cristobal Garcia Garcia și Dr. Kristi L. Kiick de la Universitatea din Delaware; Mayur Barai și Dr. Benjamin Schuster de la Rutgers, Universitatea de Stat din New Jersey.

(Fluierul)