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La separazione di fase permette agli organelli di rispondere a cambiare le circostanze cellulari

I nuovi risultati circa le strutture cellulari critiche hanno capovolto i presupposti comuni circa la loro formazione e composizione e se nuova comprensione come i commputer molecolari sono costruiti in celle viventi.

Gli organelli sono i compartimenti del tipo di organo delle cellule, che sono implicati in molte funzioni cellulari compreso la formazione di macchinario cellulare critico, mentre però avendo implicazioni per la malattia e la patologia.

Una grande classe di organelli può formarsi senza l'esigenza dei limiti della membrana e sempre più si riferisce a come condensati perché ampiamente sono creduti per formarsi con condensazione liquida, come le gocce di rugiada su erba. Ma poiché questi organelli non hanno pareti, i ricercatori ancora non capiscono le norme che governino che cosa le molecole entrano nei condensati e che cosa si escludono.

Una previsione del modello liquido di condensazione è che queste strutture si formano quando la concentrazione di proteine e di altre biomolecole diventa abbastanza su per causarle “condensa„ dall'interno dell'ambiente cellulare circostante.

È come l'aggiunta del sale all'acqua. Il sale entra in soluzione; ma se aggiungete abbastanza, ad un certo punto si ferma ed i cristalli del sale si ritirano,„ ha detto Joshua A. Riback, un ricercatore postdottorale nell'assistenza tecnica chimica e biologica alla Princeton University ed autore dell'articolo al co-primo, insieme all'ex ricercatore laureato Lian Zhu. “Ma quando lo abbiamo esaminato, abbiamo trovato che questo non è il caso.„

I risultati, dall'ricercatori a Princeton ed all'ospedale della ricerca dei bambini della st Jude a Memphis, sono stati pubblicati il 6 maggio online nella natura del giornale.

Lavorando con i colleghi piombo da Clifford Brangwynne, un professore di assistenza tecnica chimica e biologica a Princeton e ad un ricercatore al Howard Hughes Medical Institute, al Riback ed allo Zhu ha trovato che la formazione dei condensati egualmente dipendeva molto dai composti multipli presenti nella cella.

I ricercatori precedentemente hanno ritenuto che i condensati si formassero quando abbastanza di singola biomolecola, quali proteina o RNA accumulato in celle. Ma la risposta è più interessante di quella.

Il rapporto dei tipi differenti di biomolecole è molto importante. Ha chiamato la dipendenza composizionale.

Joshua A. Riback, ricercatore postdottorale nell'assistenza tecnica chimica e biologica, Princeton University

O nell'analogia di Brangwynne: “È come cucinare: ho aggiunto troppo sale a questa ricetta? Bene, dipende da quante cipolle sono già nel vaso!

Una ragione per la dipendenza composizionale è il modo che proteine e RNA interattivi al livello molecolare. I condensati richiedono una certa quantità di interazioni, che dipende dai tipi di biomolecole e di loro composizioni.

I ricercatori hanno trovato che le interazioni fra i tipi differenti di molecole, o le interazioni eterotipiche, erano essenziali per determinare la formazione di queste strutture. Troppo in basso o due livelli di una composizione di una biomolecola limitano il numero delle interazioni eterotipiche che possono formarsi.

I ricercatori hanno dimostrato l'importanza di questa dipendenza della composizione per il montaggio dei commputer molecolari critici in celle. Un esempio è la creazione del ribosoma -- critico per la produzione di tutta la proteina nella cella -- quale modulo in condensati liquidi ha chiamato i nucleoli.

Riback ha detto che la formazione di sottounità ribosomiali è simile agli origami d'profilatura. Quando la forma è completa, l'sottounità ribosomiale più non ha abbastanza regioni disponibili che possano formare le connessioni che lo fanno attaccare al liquido circostante all'interno dei nucleoli. Così, è espulso, permettendo che esca ed esegua la sua funzione in tutto la cella.

Mentre il RNA profilatura negli origami il cigno, può più non contribuire. Così se profilatura correttamente, è espulso.

Joshua A. Riback, ricercatore postdottorale nell'assistenza tecnica chimica e biologica, Princeton University

Richard Kriwacki, un ricercatore co-principale per il progetto, ha detto che i risultati forniscono la comprensione importante per biologia cellulare.

Questo studio evidenzia come il trattamento della separazione di fase permette ad un organello membraneless complesso quale il nucleolo di rispondere a cambiare le circostanze cellulari collegando la sua composizione nella proteina al suo proprio output funzionale, ribosomi, che sono i commputer molecolari che sintetizzano le proteine,„ ha detto Kriwacki, un membro della facoltà della st Jude e dei co-dirigenti del suo programma di biologia del Cancro.

“I nostri dati suggeriscono che, poichè la sintesi delle proteine nucleolar varia in celle, la separazione di fase aiuti la struttura, la dinamica e la funzione nucleolar di controllo.„

I ricercatori hanno eseguito gli esperimenti l'etichettatura delle proteine con gli indicatori fluorescenti ed usando la fluorescenza per vedere come variare la concentrazione nella proteina ha pregiudicato la formazione dei condensati.

Riback ha detto che l'inspirazione per l'esperimento è venuto dopo che hanno provato ad aumentare la dimensione dei condensati avviando le celle a determinati tipi sovra-precisi di proteine. Quando questo ha cambiato la composizione e la stabilità dei condensati, hanno cominciato ad esaminare la causa.

Ho voluto capire come le proteine hanno formato i condensati. È risultato molto più essere complicato in celle poi nella provetta.

Joshua A. Riback, ricercatore postdottorale nell'assistenza tecnica chimica e biologica, Princeton University

Source:
Journal reference:

Riback, J. A., et al. (2020) Composition-dependent thermodynamics of intracellular phase separation. Nature. doi.org/10.1038/s41586-020-2256-2.