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La separación de fase permite a los organelos responder a cambiar condiciones celulares

Las nuevas conclusión sobre las estructuras celulares críticas han volteado suposiciones comunes sobre su formación y composición y con tal que nuevo discernimiento cómo las máquinas moleculares se construyen en células vivas.

Los organelos son la célula órgano-como las divisiones, que se implican en muchas funciones celulares incluyendo la formación de maquinaria celular crítica, mientras que también teniendo implicaciones para la enfermedad y la patología.

Una clase grande de organelos puede formar sin la necesidad de límites de la membrana, y se refiere cada vez más como condensados porque se creen extensamente para formar con la condensación líquida, como caídas de rocío en fleco. Pero puesto que estos organelos no tienen ninguna pared, los investigadores todavía no entienden las reglas que regulan lo que consiguen las moléculas en los condensados, y se excluyen qué.

Una predicción del modelo líquido de la condensación es que estas estructuras forman cuando la concentración de proteínas y de otras biomoléculas se convierte arriba bastante para causarlas “condensa” dentro del entorno celular circundante.

Es como agregar la sal al agua. La sal entra la solución; pero si usted agrega suficientes, en algún momento para y los cristales de la sal salen,” dijo a Joshua A. Riback, investigador postdoctoral en la ingeniería química y biológica en la Universidad de Princeton y autor del artículo el co-primer, así como el investigador graduado anterior Lian Zhu. “Pero cuando lo observábamos, encontramos que éste no es el caso.”

Las conclusión, por los investigadores en Princeton y el hospital de la investigación de los niños del St. Jude en Memphis, fueron publicadas el 6 de mayo en línea en la naturaleza del gorrón.

Trabajando con los colegas llevados por Clifford Brangwynne, un profesor de la ingeniería química y biológica en Princeton y de un investigador en el Howard Hughes Medical Institute, el Riback y el Zhu encontró que la formación de los condensados también dependió pesado de las composiciones múltiples presentes en la célula.

Los investigadores creyeron previamente que los condensados formaron cuando suficiente de una única biomolécula, tal como proteína o ARN acumulado en células. Pero la respuesta es más interesante que ésa.

La índice de diversos tipos de biomoléculas es muy importante. Ha llamado dependencia compositiva.

Joshua A. Riback, investigador postdoctoral en la ingeniería química y biológica, Universidad de Princeton

O en la analogía de Brangwynne: “Es como cocinar: ¿agregué demasiada sal a esta receta? Bien, depende de cuántas cebollas están en el pote ya!

Una razón de la dependencia compositiva es la manera que las proteínas y ARN interactivos en el nivel molecular. Los condensados requieren una determinada cantidad de acciones recíprocas, que depende de los tipos de biomoléculas y de sus composiciones.

Los investigadores encontraron que las acciones recíprocas entre diversos tipos de moléculas, o las acciones recíprocas heterotípicas, eran esenciales para impulsar la formación de estas estructuras. Demasiado bajo o dos altos de una composición de una biomolécula limita el número de acciones recíprocas heterotípicas que puedan formar.

Los investigadores demostraron la importancia de esta dependencia de la composición para el montaje de máquinas moleculares críticas en células. Un ejemplo es la creación del ribosoma -- crítico para la producción de toda la proteína en la célula -- qué forma en condensados líquidos llamó los nucléolos.

Riback dijo que la formación de subunidades ribosomal es similar a la papiroflexia que dobla. Cuando la forma es completa, la subunidad ribosomal tiene no más suficiente regiones disponibles que puedan formar las conexiones que hacen que adhiere al líquido circundante dentro de los nucléolos. Así pues, se expulsa, permitiendo que salga y que realice su función en la célula.

Mientras que el ARN dobla en papiroflexia el cisne, puede contribuir no más. Tan si se dobla correctamente, se expulsa.

Joshua A. Riback, investigador postdoctoral en la ingeniería química y biológica, Universidad de Princeton

Richard Kriwacki, investigador co-principal para el proyecto, dijo que las conclusión ofrecen el discernimiento importante para la biología celular.

Este estudio destaca cómo el proceso de la separación de fase permite a un organelo membraneless complejo tal como el nucléolo responder a cambiar condiciones celulares conectando su composición de la proteína a su propio rendimiento funcional, los ribosomas, que son las máquinas moleculares que sintetizan las proteínas,” dijo a Kriwacki, pieza de la facultad del St. Jude y de los codirigentes de su programa de la biología del cáncer.

Nuestros datos sugieren que, como la síntesis del nucléolo de la proteína varía en células, la separación de fase ayude a la estructura, a la dinámica y a la función del nucléolo del mando.”

Los investigadores realizaron los experimentos marcando las proteínas con etiqueta con los marcadores fluorescentes y usando la fluorescencia para ver cómo la variación de la concentración de la proteína afectó a la formación de los condensados.

Riback dijo que vino la inspiración para el experimento después de que intentaran aumentar la talla de condensados accionando las células a ciertos tipos sobre-expresos de proteínas. Cuando esto cambió la composición y la estabilidad de los condensados, comenzaron a examinar la causa.

Quise entender cómo las proteínas formaron los condensados. Resultó ser complicada mucho más en células entonces en el tubo de ensayo.

Joshua A. Riback, investigador postdoctoral en la ingeniería química y biológica, Universidad 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.