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O estudo oferece a introspecção nova em como as pilhas fundem

Os cientistas conheceram por uma década essa as pilhas que fundem com outro para executar suas funções essenciais - tais como as pilhas de músculo que se juntam junto para fazer fibras - formam as projecções longas que invadem o território de seus sócios da fusão. Mas como os polímeros finos e flexíveis envolvidos neste processo propelem saliências mecanicamente duras foi desconhecido.

Em um estudo novo hoje em linha publicado na biologia celular da natureza, cientistas do sudoeste de UT esboça os mecanismos atrás da formação destas projecções, centrando-se sobre a interacção entre duas proteínas conhecidas como o actínio e o dynamin. Os resultados, dizem, oferecem a introspecção em um processo celular chave que seja essencial para a concepção, na revelação, na regeneração, e na fisiologia de organismos multicellular e podem eventualmente conduzir aos tratamentos novos para uma doença rara do músculo.

A fusão de pilha envolve três etapas principais, explica o líder Elizabeth Chen do estudo, Ph.D., um professor nos departamentos da biologia molecular e da biologia celular no centro médico do sudoeste de UT cuja a pesquisa se centra sobre este processo. Primeiramente, as moléculas da adesão desenham as membranas de pilha junto, mas deixam uma diferença entre pilhas; em seguida, de uma célula estende as projecções fingerlike que invadem a outra pilha; finalmente, as proteínas fusogenic assim chamadas trazem as membranas de pilhas mesmo mais perto do toque e da fusão.

Para essa etapa média, Chen diz, a pesquisa de seu laboratório e de outro mostrou que uma proteína chamou jogos do actínio um papel chave em formar projecções. Contudo, o actínio forma os polímeros flexíveis e finos, conhecidos como filamentos do actínio, cada um com um diâmetro de somente 7 nanômetros. Como estes filamentos finos se tornam mecanicamente rígidos bastante para eliminar as projecções que invadem outras pilhas era obscuro.

Para resolvê-lo, Chen e seus colegas estudaram a interacção do actínio com dynamin, uma proteína que pudesse liberar a energia das ligações químicas específicas encontradas durante todo pilhas. Um dos papéis dos dynamin é comprimir fora das vesículas recentemente formadas que trazem a carga em pilhas, formando uma estrutura em torno do “pescoço” das vesículas que projectam-se dentro da membrana de pilha. Embora os estudos precedentes mostrassem que o dynamin e o actínio estiveram associados um com o otro em muitas estruturas celulares, como trabalha junto permaneceu um mistério por duas décadas.

Usando pilhas de músculo da mosca de fruto como um sistema modelo, Chen e sua equipe começaram observando a fusão de pilha do músculo nos embriões projetada genetically para não fazer nenhum dynamin funcional. Encontraram aquele sem função do dynamin, não somente poderiam estas pilhas já não fundir, eles igualmente não poderiam formar as projecções normais, sugerindo que o dynamin jogasse um papel chave nesta etapa do processo.

Os pesquisadores usaram então a microscopia para olhar um olhar mais atento como as proteínas refinadas do dynamin e do actínio interagiram quando foram misturadas nas peças iguais. Encontraram que os filamentos do actínio pareceram ser organizados nos pacotes mantidos unidos em intervalos regularmente espaçados pelo dynamin, os últimos de que formulários uma hélice quando as moléculas múltiplas do dynamin montam junto. Surpreendentemente, um pouco do que a hélice do dynamin que envolve em torno dos filamentos do actínio, os filamentos ligam à borda exterior da hélice, com cada hélice que captura até 16 filamentos.

Embora esta experiência mostre que o dynamin tem a capacidade capturar e guardarar filamentos múltiplos do actínio em uns pacotes mais fortes, Chen diz, hélices inteiramente ocupadas do dynamin é improvável a último por muito tempo nas pilhas, onde as fontes de energia amplas que podem fazer com que estas estruturas do dynamin se dissolvam em unidades individuais são abundantes. Certos bastante, quando os pesquisadores adicionaram fontes de energia à mistura do dynamin-actínio, as hélices do dynamin vieram distante, mas não em uma forma sincronizada. Quando as hélices inteiramente montadas quebraram distante, outro permaneceram - mantendo os pacotes do actínio junto ao permitir que os filamentos novos emanem das áreas desatadas pelo dynamin. Um processo tão dinâmico conduz finalmente à formação de pacotes paralelos interconectados múltiplo do actínio, daqui mais aumentando a força mecânica da rede do actínio, diz Chen. As experiências nas pilhas mostraram que o actínio dinâmico que empacota o processo era crítico para que as pilhas formem projecções e as fundam com outras pilhas.

Embora Chen e seus colegas usem pilhas de músculo como seu sistema modelo, Chen nota que a interacção entre o actínio e o dynamin que descobriram aqui poderia fazer uma parte fundamental em outros tipos de fusão de pilha, como entre pilhas do osso-resorbing ou entre pilhas imunes. Os defeitos neste processo poderiam igualmente ser responsáveis para algumas desordens raras tais como myopathy centronuclear, uma circunstância em que as pilhas de músculo formam as fibras que são demasiado pequenas. A pesquisa precedente mostrou que as mutações genéticas múltiplas no dynamin podem causar esta doença.

Nós estamos interessados na vista como as mutações humanas estão obstruindo o processo da fusão, que poderia eventualmente conduzir às maneiras novas de intervir e ajudar estes pacientes.”

Elizabeth Chen, Ph.D., professor nos departamentos da biologia molecular e da biologia celular no centro médico do sudoeste de UT