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A separação de fase permite os organelles de responder a mudar circunstâncias celulares

Os resultados novos sobre estruturas celulares críticas erigiram suposições comuns sobre suas formação e composição e desde que introspecção nova como as máquinas moleculars são construídas em pilhas vivas.

Os Organelles são a pilha órgão-como os compartimentos, que são implicados em muitas funções celulares que incluem a formação de maquinaria celular crítica, ao igualmente ter implicações para a doença e a patologia.

Uma grande classe de organelles pode formar sem a necessidade para limites da membrana, e é referida cada vez mais como condensados porque são acreditados extensamente para formar com a condensação líquida, como gotas de orvalho na relvado. Mas desde que estes organelles não têm nenhuma parede, os pesquisadores ainda não compreendem as regras que governam o que as moléculas obtêm em condensados, e o que são excluídas.

Uma previsão do modelo líquido da condensação é que estas estruturas formam quando a concentração de proteínas e de outras biomoléculas se torna altamente bastante para os causar “se condensa” de dentro do ambiente celular circunvizinho.

É como a adição do sal à água. O sal entra na solução; mas se você adiciona bastante, em algum momento para e os cristais de sal saem,” disse Joshua A. Riback, um pesquisador pos-doctoral na engenharia química e biológica na Universidade de Princeton e autor do artigo no co-primeiro, junto com o pesquisador graduado anterior Lian Zhu. “Mas quando nós o olhamos, nós encontramos que este não é o caso.”

Os resultados, pelo pesquisadores em Princeton e no hospital da pesquisa das crianças do St. Jude em Memphis, foram publicados o 6 de maio em linha na natureza do jornal.

Trabalhando com os colegas conduzidos por Clifford Brangwynne, um professor da engenharia química e biológica em Princeton e em um investigador no Howard Hughes Medical Institute, no Riback e no Zhu encontrou que a formação dos condensados igualmente dependeu pesadamente dos compostos múltiplos actuais na pilha.

Os pesquisadores acreditaram previamente que os condensados formaram quando bastante de uma única biomolécula, tal como a proteína ou o RNA acumulada nas pilhas. Mas a resposta é mais interessante do que aquela.

A relação de tipos diferentes de biomoléculas é muito importante. Chamou a dependência compositiva.

Joshua A. Riback, pesquisador pos-doctoral na engenharia química e biológica, Universidade de Princeton

Ou na analogia de Brangwynne: “É como o cozimento: eu adicionei demasiado sal a esta receita? Bem, depende de quantas cebolas estão no potenciômetro já!

Uma razão para a dependência compositiva é a maneira que as proteínas e o RNA interactivos a nível molecular. Os condensados exigem uma determinada quantia das interacções, que dependa dos tipos de biomoléculas e de suas composições.

Os pesquisadores encontraram que as interacções entre tipos diferentes de moléculas, ou as interacções heterotípicas, eram essenciais para conduzir a formação destas estruturas. Demasiado baixo ou duas elevações de uma composição de uma biomolécula limitam o número de interacções heterotípicas que podem formar.

Os pesquisadores demonstraram a importância desta dependência da composição para o conjunto de máquinas moleculars críticas nas pilhas. Um exemplo é a criação do ribosome -- crítico para a produção de toda a proteína na pilha -- que formulário em condensados líquidos chamou os nucléolos.

Riback disse que a formação de subunidades ribosomal é similar ao origâmi de dobramento. Quando a forma está completa, a subunidade ribosomal já não tem bastante regiões disponíveis que podem formar as conexões que a fazem colar ao líquido circunvizinho dentro dos nucléolos. Assim, é ejectada, permitindo que saia e execute sua função durante todo a pilha.

Enquanto o RNA dobra no origâmi a cisne, pode já não contribuir. Assim se é dobrado correctamente, é expelido.

Joshua A. Riback, pesquisador pos-doctoral na engenharia química e biológica, Universidade de Princeton

Richard Kriwacki, um pesquisador co-principal para o projecto, disse que os resultados fornecem a introspecção importante para a biologia celular.

Este estudo destaca como o processo de separação de fase permite um organelle membraneless complexo tal como o nucléolo de responder a mudar circunstâncias celulares ligando sua composição da proteína a sua própria saída funcional, os ribosomes, que são as máquinas moleculars que sintetizam proteínas,” disse Kriwacki, um membro da faculdade do St. Jude e dos co-dirigente de seu programa da biologia do cancro.

Nossos dados sugerem que, como a síntese nucleolar da proteína varia nas pilhas, a separação de fase ajude a estrutura, a dinâmica e a função nucleolar do controle.”

Os pesquisadores executaram as experiências etiquetando proteínas com os marcadores fluorescentes e usando a fluorescência para ver como variar a concentração da proteína afectou a formação dos condensados.

Riback disse que a inspiração para a experiência veio depois que tentaram aumentar o tamanho dos condensados provocando pilhas a determinados tipos sobre-expressos de proteínas. Quando isto mudou a composição e a estabilidade dos condensados, começaram a examinar a causa.

Eu quis compreender como as proteínas formaram condensados. Despejou ser complicado muito mais nas pilhas então no tubo de ensaio.

Joshua A. Riback, pesquisador pos-doctoral na engenharia química e biológica, Universidade de Princeton

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.