La investigación puede ayudar a explicar cómo los organelos líquidos en células coexisten sin la combinación

La nueva investigación puede ayudar a explicar un fenómeno intrigante dentro de las células humanas: cómo los organelos líquidos de la pared-menos pueden coexistir como entidades separadas en vez apenas de la combinación juntos.

Estas estructuras, llamadas los organelos de la membrana-menos (MLOs), son gotitas líquidas hechas de las proteínas y del ARN, con cada gotita llevando a cabo ambos materiales. Los organelos desempeñan un papel crucial en la ordenación de los contenidos internos de células, y pueden servir como centro de la actividad bioquímica, reclutando las moléculas necesarias para realizar reacciones celulares esenciales.

Pero cómo diversas gotitas tirante aparte de uno a sigue siendo un misterio. ¿Por qué siempre apenas no combinan para formar gotitas más grandes?

Estos organelos no tienen ninguna membrana, y por lo tanto, la intuición común le informaría que están libres de mezclarse.”

Priya Banerjee, doctorado, profesor adjunto de la física en la universidad en la universidad del búfalo de artes y ciencias

Banerjee es el investigador del guía en el nuevo estudio, que explora porqué no suceso éste.

Los co-autores de la investigación incluyen el primer autor y estudiante Ibraheem Alshareedah del doctorado de la física; estudiante Taranpreet Kaur del doctorado de la física; Ngo de Jason del estudiante; estudiante Hannah Seppala de la física y de la matemáticas; estudiante Liz-Audrey Djomnang Kounatse de la ingeniería biomédica; e investigadores postdoctorales Wei Wang y Mahdi Moosa de la física. Todos son de UB.

Las gotitas no se mezclarán fácilmente si adquieren un estado tipo gel

Los resultados -- publicado el 22 de agosto en el gorrón de la sociedad de substancia química americana -- apunte a la estructura química de la proteína y de las moléculas del ARN dentro de las gotitas como un factor clave que pueda evitar que MLOs se mezcle.

Las personas encontraron que ciertos tipos de ARN y de proteínas están “más pegajosos” que otros, permitiéndoles formar las gotitas gelatinosas que no funden fácilmente con otras gotitas en el mismo estado viscoelástico. Específicamente, las gotitas son más probables ser tipo gel cuando contienen las moléculas del ARN ricas en un bloque hueco llamado purina, y proteínas ricas en un aminoácido llamado arginina.

Los experimentos no ocurrieron en células. En lugar, las conclusión fueron basadas en las pruebas hechas en los sistemas modelo que consistían en el ARN y una proteína de gotita-formación llamada fundida en el sarcoma (FUS) que conectaba en una solución tampón.

Una razón FUS está de interés a los investigadores es su conexión potencial a la esclerosis lateral amiotrófica neurodegenerative de la enfermedad (ALS). Como Banerjee explica, las moléculas de proteína arginina-ricas se asocian a una forma frecuente de la enfermedad, conocida como ALS de c9orf72-mediated.

El “nuestro encontrar apunta a un papel especial de proteínas arginina-ricas en la determinación del estado material -- líquido comparado con el gel -- de los organelos de la membrana-menos,” Banerjee dice. “Este estudio puede ser importante en la comprensión de cómo las proteínas arginina-ricas ALS-conectadas pueden alterar el estado viscoelástico de MLOs ARN-rico.”

Además de ofrecer discernimiento en porqué MLOs resiste el mezclarse (debido a la viscoelasticidad aumentada), el estudio sondó el papel del ARN en la formación y la disolución de los organelos líquidos que contenían FUS. La investigación encontró que para el tipo de gotita que era estudiada, agregando concentraciones inferiores de ARN a una solución que contenía las proteínas causadas gotitas para formar. Pero como más ARN fue agregado, las gotitas después disolvieron.

“Hay generalmente una ventana muy pequeña donde existen estas gotitas, pero la ventana es importante más ancha para las proteínas arginina-ricas,” Banerjee dice.

La vida complicada de organelos líquidos

El nuevo papel es el más último en una serie de los estudios que el grupo de Banerjee ha conducto para explorar las fuerzas que regulaban la creación, el mantenimiento y la disolución de MLOs.

Aunque las personas utilizan los sistemas modelo para examinar las propiedades individuales de las gotitas, es probable que muchas fuerzas trabajen juntas en una célula para determinar el comportamiento y la función de los organelos, él dice. Puede haber múltiple otros mecanismos, por ejemplo, que hacen MLOs adquirir un estado gelatinoso o rehusar de otra manera mezclarse.

Las “células son enormemente complejas, con muchas diversas moléculas experimentando diversos procesos que venido junto al mismo tiempo influenciar qué continúa dentro de MLOs,” Banerjee dice. “Usando los sistemas modelo, podemos entender mejor cómo una variable determinada puede afectar la formación y la disolución de estos organelos. Y preveemos ver estas mismas fuerzas en el juego en naturaleza, células interiores.”

Banerjee recibió recientemente una concesión del instituto nacional en el envejecimiento, parte de los institutos de la salud nacionales, para estudiar más lejos MLOs. Se prevee que el proyecto despliegue la comprensión en cómo MLOs cambia en un cierto plazo.

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.