12:57 2024-04-23 science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu

_ Simularea supercomputerului dezvăluie un nou mecanism de fuziune a membranei

_ Simularea supercomputerului dezvăluie un nou mecanism pentru fuziunea membranelor

O simulare complicată efectuată de cercetătorii Centrului Medical UT Southwestern folosind unul dintre cele mai puternice supercomputere din lume aruncă o lumină nouă asupra modului în care proteinele numite SNARE determină fuziunea membranelor biologice.

Descoperirile lor. , raportat în Proceedings of the National Academy of Sciences, sugerează un nou mecanism pentru acest proces omniprezent și ar putea duce în cele din urmă la noi tratamente pentru afecțiunile în care se crede că fuziunea membranei va merge prost.

„Spun manualele de biologie. că SNARE-urile reunesc membranele pentru a provoca fuziunea, iar mulți oameni au fost mulțumiți de această explicație, dar nu eu, deoarece membranele puse în contact în mod normal nu fuzionează, simularea noastră este mai adâncă pentru a arăta cum are loc acest proces important”, a spus liderul studiului Rizo-Rey ("Josep Rizo"), Ph.D., Profesor de Biofizică, Biochimie și Farmacologie la UT Southwestern.

Fuziunea membranei este esențială pentru viață. Un exemplu prin excelență se întâmplă în neuroni, celule care formează baza sistemului nervos și alcătuiesc cea mai mare parte a creierului, măduvei spinării și nervilor periferici. Aceste celule comunică între ele eliberând substanțe chimice numite neurotransmițători din vezicule care trebuie să fuzioneze cu membrana celulară a neuronului originar din interior pentru ca neurotransmițătorii să fie eliberați și recunoscuți de alți neuroni.

Toate membranele celulare din eucariote - organisme. ale căror celule au un nucleu legat de membrană — sunt formate dintr-un strat dublu de fosfolipide, molecule care au un cap care interacționează cu apa și o coadă care o respinge. Capetele acestor molecule formează căptușeala interioară și exterioară a membranelor, iar cozile sunt cuprinse între ele. Membranele cu două straturi fosfolipide înconjoară celulele eucariote, nucleii lor, multe dintre organele lor și alte caracteristici, cum ar fi sacii plini de lichid numiti vezicule care transportă încărcătură în interiorul și între celule.

În jurul anului 1990, cercetătorii au descoperit că SNARE-urile. - prescurtare pentru receptorii proteici solubili de atașare a factorului sensibil la N-ethylmaleimidă - joacă un rol cheie în fuziunea membranei. Înțelegerea predominantă a fost că aceste proteine ​​formează un complex care funcționează ca un fermoar, aducând membranele în contact strâns și ducându-le să fuzioneze. Cu toate acestea, a explicat dr. Rizo-Rey, studiile de-a lungul anilor au sugerat că această teorie avea găuri semnificative. De exemplu, SNARE-urile mutante care încă aduceau membranele în contact nu le-au determinat fuzionarea.

Pentru a înțelege mai bine rolul SNARE-urilor în fuziunea membranei, dr. Rizo-Rey și colegii săi au încercat o abordare diferită. Bazându-se pe Frontera, unul dintre cele mai rapide supercomputere din lume, găzduit la Centrul de calcul avansat din Texas de la Universitatea Texas din Austin, echipa a efectuat o simulare a dinamicii moleculare a tuturor atomilor a unei vezicule care fuzionează cu un strat dublu lipidic care imită membranele celulare neuronale.

Acest tip de simulare folosește algoritmi pentru a prezice modul în care toate moleculele unui anumit sistem interacționează pe baza proprietăților atomilor implicați – aproximativ 5,3 milioane de atomi în acest caz, ceea ce necesită o putere de calcul enormă pentru a urmări.

Această simulare a arătat că, în loc să aducă împreună membranele biologice, complexul SNARE induce fosfolipidele din membrana celulară și veziculele să se răstoarne, amestecându-le cozile care resping apa. Această acțiune face ca membranele să fuzioneze și ulterior să formeze un por care expulză conținutul veziculei în afara celulei.

Dr. Rizo-Rey a avertizat că sunt necesare cercetări suplimentare pentru a confirma că acest mecanism apare în celule. Cu toate acestea, a spus el, concluziile simulării au mult sens din punct de vedere fizico-chimic și se potrivesc bine cu cele din mai multe alte studii de fuziune celulară de-a lungul anilor.

Deși nu există implicații imediate legate de sănătate pentru această descoperire, a adăugat el, cercetătorii ar putea în cele din urmă să poată folosi aceste descoperiri pentru a crea noi terapii pentru o varietate de boli neurologice, cum ar fi boala Alzheimer, boala Parkinson, schizofrenia și epilepsia, afecțiuni în care unele tratamente existente se concentrează deja pe promovarea sau inhibarea eliberării neurotransmițătorilor.

Diabetul, bolile de inimă, hipertensiunea arterială, cancerul și infecțiile virale depind, de asemenea, în mare măsură de fuziunea membranei și ar putea eventual în cele din urmă. să fie tratate intervenind în acest proces, a spus dr. Rizo-Rey.

(Fluierul)

Inapoi