La ricerca può contribuire a spiegare come gli organelli liquidi in celle coesistono senza fondersi

La nuova ricerca può contribuire a spiegare un fenomeno intrigante dentro le cellule umane: come gli organelli liquidi senza parete possono coesistere come entità separate invece di appena fusione insieme.

Queste strutture, chiamate organelli senza membrana (MLOs), sono goccioline liquide fatte dalle proteine e dal RNA, con ogni gocciolina che tiene entrambi i materiali. Gli organelli svolgono un ruolo cruciale nell'organizzazione del contenuto interno delle celle e possono servire da centro di attività biochimica, reclutante le molecole state necessarie per effettuare le reazioni cellulari essenziali.

Ma come le goccioline differenti restano oltre ad a vicenda rimane un mistero. Perché non si combinano sempre appena per formare le più grandi goccioline?

Questi organelli non hanno alcuna membrana e quindi, l'intuizione comune vi direbbe che sono liberi di mescolarsi.„

Priya Banerjee, PhD, assistente universitario di fisica nell'università all'istituto universitario della Buffalo delle arti e scienze

Banerjee è il ricercatore del cavo sul nuovo studio, che esplora perché questo non accade.

I co-author della ricerca includono il primi autore e studente Ibraheem Alshareedah di PhD di fisica; studente Taranpreet Kaur di PhD di fisica; ONG di Jason dello studente non laureato; studente non laureato Hannah Seppala di per la matematica e di fisica; studente non laureato Liz-Audrey Djomnang Kounatse di assistenza tecnica biomedica; e ricercatori postdottorali Wei Wang e Mahdi Moosa di fisica. Tutti provengono da UB.

Le goccioline non si mescoleranno facilmente se intraprendono uno stato del tipo di gel

I risultati -- pubblicato il 22 agosto nel giornale della società di prodotto chimico americano -- indichi la struttura chimica di proteina e delle molecole del RNA all'interno delle goccioline come un fattore chiave che può impedire MLOs mescolarsi.

Il gruppo ha trovato che determinati tipi di RNA e di proteine sono “più appiccicosi„ che altri, permettendo loro di formare le goccioline gelatinose che non fondono facilmente con altre goccioline nello stesso stato viscoelastico. Specificamente, le goccioline sono più probabili essere del tipo di gel quando contengono le molecole del RNA ricche in una particella elementare chiamata purina e proteine ricche di amminoacido chiamato arginina.

Gli esperimenti non hanno avuto luogo in celle. Invece, i risultati sono stati basati sulle prove effettuate sui sistemi-modello che consistono del RNA e di una proteina diformazione chiamata fusa in sarcoma (FUS) che fluttua in una soluzione tampone.

Una ragione FUS è di interesse ai ricercatori è la sua connessione potenziale alla sclerosi laterale amiotrofica neurodegenerative di malattia (ALS). Come Banerjee spiega, di molecole di proteina ricche d'arginina sono associate con un modulo prevalente della malattia, conosciuto come ALS di c9orf72-mediated.

“La nostra individuazione indica un ruolo speciale delle proteine ricche d'arginina nella determinazione dello stato materiale -- liquido contro il gel -- degli organelli senza membrana,„ Banerjee dice. “Questo studio può essere importante nella comprensione come di proteine ricche d'arginina ALS-collegate possono alterare lo stato viscoelastico di di MLOs ricco di RNA.„

Oltre a fornire la visione di perché MLOs resiste a mescolarsi (dovuto viscoelasticità migliorata), lo studio ha sondato il ruolo di RNA nella formazione e nella dissoluzione di organelli liquidi che contengono FUS. La ricerca ha trovato che per il tipo di gocciolina che è studiata, aggiungente le concentrazioni basse di RNA ad una soluzione che contiene le proteine causate le goccioline per formarsi. Ma mentre più RNA si è aggiunto, le goccioline quindi si sono dissolte.

“C'è solitamente una finestra molto piccola in cui queste goccioline esistono, ma la finestra è significativamente più ampia per delle le proteine ricche d'arginina,„ Banerjee dice.

La durata complicata degli organelli liquidi

Il nuovo documento è il più recente in una serie degli studi che il gruppo di Banerjee ha condotto per esplorare le forze che governano la creazione, la manutenzione e la dissoluzione di MLOs.

Sebbene il gruppo utilizzi i sistemi-modello per esaminare i diversi beni delle goccioline, è probabile che molte forze funzionano insieme in una cella per determinare il comportamento e la funzione degli organelli, dice. Ci può essere multiplo altri meccanismi, per esempio, che inducono MLOs ad intraprendere uno stato gelatinoso o a rifiutare altrimenti di mescolarsi.

“Le celle sono enorme complesse, con molte molecole differenti che subiscono i trattamenti differenti che prossimo insieme allo stesso tempo ad influenzare che cosa accende dentro MLOs,„ Banerjee dice. “Usando i sistemi-modello, possiamo capire meglio come una variabile particolare può urtare la formazione e la dissoluzione di questi organelli. E pensiamo vedere queste stesse forze a gioco in natura, celle interne.„

Banerjee recentemente ha stato sovvenzionato dall'istituto nazionale su invecchiamento, parte degli istituti della sanità nazionali, più ulteriormente per studiare MLOs. Il progetto si pensa che ampli la comprensione su come MLOs cambia col passare del tempo.

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.