La recherche peut aider à expliquer comment les organelles liquides en cellules coexistent sans fusionnement

La recherche neuve peut aider à expliquer un phénomène intrigant à l'intérieur des cellules humaines : comme les organelles liquides sans paroi peuvent coexister en tant qu'entités indépendantes au lieu juste du fusionnement ensemble.

Ces structures, organelles sans membrane appelées (MLOs), sont les gouttelettes liquides effectuées à partir des protéines et de l'ARN, avec chaque gouttelette retenant les deux matériaux. Les organelles jouent un rôle essentiel en dispensant les teneurs internes des cellules, et peuvent servir de centre d'activité biochimique, recrutant des molécules requises pour effectuer des réactions cellulaires essentielles.

Mais comme les différentes gouttelettes restent indépendamment de l'un l'autre reste un mystère. Pourquoi ne combinent-elles pas toujours juste pour former de plus grandes gouttelettes ?

Ces organelles n'ont aucune membrane, et par conséquent, l'intuition courante t'indiquerait qu'elles sont libres pour se mélanger. »

Priya Banerjee, PhD, professeur adjoint de la physique à l'université à l'université de Buffalo des arts et sciences

Banerjee est le chercheur de fil sur l'étude neuve, qui explore pourquoi ceci ne se produit pas.

Les co-auteurs de la recherche incluent le premiers auteur et stagiaire Ibraheem Alshareedah de la physique PhD ; stagiaire Taranpreet Kaur de la physique PhD ; O.N.G. de Jason d'étudiant préparant une licence ; étudiant préparant une licence Hannah Seppala de physique et de maths ; étudiant préparant une licence Liz-Audrey Djomnang Kounatse de génie biomédical ; et chercheurs post-doctoraux Wei Wang et Mahdi Moosa de physique. Tous sont d'UB.

Les gouttelettes ne se mélangeront pas facilement si elles prennent une condition colloïdale

Les résultats -- publié le 22 août dans le tourillon de la société chimique américaine -- indiquez la constitution chimique de la protéine et des molécules d'ARN dans les gouttelettes en tant qu'un facteur clé qui peut empêcher MLOs de se mélanger.

L'équipe a constaté que certains types d'ARN et de protéines sont « plus collants » que d'autres, leur permettant de former les gouttelettes gélatineuses qui ne protègent pas par fusible facilement avec d'autres gouttelettes dans la même condition visco-élastique. Particulièrement, les gouttelettes sont pour être colloïdales quand elles contiennent des molécules d'ARN riches dans une purine appelée de synthon, et des protéines riches en arginine appelée acide aminée.

Les expériences n'ont pas eu lieu en cellules. Au lieu de cela, les découvertes ont été basées sur des tests faits sur les systèmes modèles se composant de l'ARN et un appelé de gouttelette-formation de protéine protégé par fusible dans le sarcome (FUS) flottant dans une solution tampon.

Une raison FUS est d'intérêt aux chercheurs est son lien potentiel à la sclérose latérale amyotrophique neurodegenerative de la maladie (ALS). Comme Banerjee explique, des molécules de protéine riches en arginine sont associées à une forme répandue de la maladie, connue sous le nom de c9orf72-mediated ALS.

« Notre conclusion indique un rôle spécial des protéines riches en arginine en déterminant la condition matérielle -- liquide contre le gel -- des organelles sans membrane, » Banerjee dit. « Cette étude peut être importante en comprenant comment les protéines riches en arginine ALS-jointes peuvent modifier la condition visco-élastique de MLOs riche en ARNs. »

En plus de fournir l'aperçu de pourquoi MLOs résistent se mélanger (dû à la visco-élasticité améliorée), l'étude a sondé le rôle de l'ARN dans la formation et la dissolution des organelles liquides contenant le FUS. La recherche a trouvé cela pour le type de gouttelette étant étudiée, ajoutant des concentrations inférieures d'ARN à une solution contenant les protéines entraînées des gouttelettes pour former. Mais pendant que plus d'ARN était ajouté, les gouttelettes puis ont dissous.

« Il y a habituellement un hublot très petit où ces gouttelettes existent, mais l'hublot est sensiblement plus large pour les protéines riches en arginine, » Banerjee dit.

La durée compliquée des organelles liquides

Le papier neuf est le plus tardif dans une série d'études que le groupe de Banerjee a conduit pour explorer des forces régissant la création, la maintenance et la dissolution de MLOs.

Bien que l'équipe emploie les systèmes modèles pour examiner différentes propriétés des gouttelettes, il est susceptible que beaucoup de forces fonctionnent ensemble dans une cellule pour déterminer le comportement et le fonctionnement des organelles, il dit. Il peut y avoir multiple d'autres mécanismes, par exemple, qui font prendre une condition gélatineuse ou refuser autrement MLOs de se mélanger.

Les « cellules sont énormément complexes, avec beaucoup de différentes molécules subissant les différents procédés qui venu ensemble en même temps pour influencer ce qui continue à l'intérieur de MLOs, » Banerjee dit. « À l'aide des systèmes modèles, nous pouvons comprendre mieux comment une variable particulière peut influencer la formation et la dissolution de ces organelles. Et nous comptons voir ces mêmes forces au jeu en nature, cellules intérieures. »

Banerjee a récent reçu une concession de l'institut national sur le vieillissement, une partie des instituts de la santé nationaux, pour étudier davantage MLOs. On s'attend à ce que le projet augmente la compréhension sur la façon dont MLOs changent au fil du temps.

Source:
Journal reference:

Alshareedah, I., et al. (2019) Interplay between Short-Range Attraction and Long-Range Repulsion Controls Reentrant Liquid Condensation of Ribonucleoprotein–RNA Complexes. Journal of the American Chemical Society. doi.org/10.1021/jacs.9b03689.