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Le biochimiste de riz découvre la structure cachée dans les machines métaboliques essentielles

Pendant sa première année du troisième cycle d'université, le biochimiste Zachary Wright de Rice University a découvert quelque chose caché à l'intérieur d'une pièce courante de machines cellulaires qui sont essentielles pendant toute la durée évoluée de levure aux êtres humains.

Quel Wright a vu en 2015 -- subcompartments à l'intérieur des peroxisomes appelés d'organelles -- est décrit dans aujourd'hui publié d'étude dans des transmissions de nature.

C'est, sans aucun doute, la chose la plus inattendue que notre laboratoire a jamais découverte. Ceci exige de nous de repenser tout que nous avons pensé que nous avons su des peroxisomes. »

Bartel mignon, le Ph.D. de Wright, co-auteur d'étude, conseiller, un membre de l'académie nationale des sciences

Peroxisomes sont des compartiments où les cellules transforment les molécules grasses en énergie et matériaux utiles, comme les gaines myéliniques qui protègent des cellules nerveuses. Chez l'homme, le dysfonctionnement peroxisome a été lié aux troubles métaboliques sévères, et les peroxisomes peuvent avoir une signification plus large pour des troubles de neurodegeneration, d'obésité, de cancer et de lié à l'âge.

Beaucoup est encore inconnu au sujet des peroxisomes, mais de leur structure fondamentale -- une modification granulaire entourée par une membrane sacklike -- n'était pas en question en 2015. Bartel a dit que qui est une découverte de Wright de raison était étonnante.

« Nous sommes des généticiens, ainsi nous sommes employés aux choses inattendues. Mais habituellement elles ne viennent pas dans le Technicolor, » il a dit, se rapportant à une autre chose étonnante au sujet de la découverte de Wright : belles images de couleur qui montrent les les deux les parois des subcompartments peroxisome et de leurs intérieurs. Les images étaient possibles à cause des journalistes fluorescents intelligents, balises rougeoyantes de protéine que Wright a utilisé pour les expériences. Les biochimistes modifient les gènes des organismes modèles -- Le laboratoire de Bartel emploie des centrales d'Arabidopsis -- pour les étiqueter avec les protéines fluorescentes d'une manière dont réglée peut indiquer des indices au sujet du fonctionnement et du dysfonctionnement des gènes spécifiques, y compris une partie qui entraînent les maladies dans les gens, animaux et végétaux.

Wright, maintenant un associé post-doctoral de recherches dans le laboratoire de Bartel, examinait un journaliste neuf en 2015 quand il a repéré les subcompartments peroxisome.

« Je n'ai jamais pensé Zach a fait n'importe quoi mal, mais je n'ai pas pensé qu'il était réel, » Bartel a dit. Il a pensé que les images doivent être le résultat d'un certain tri des corps étrangers, une caractéristique qui n'a pas réellement existé à l'intérieur de la cellule mais ont été au lieu produites par l'expérience.

« Si ceci se produisait réellement, quelqu'un l'aurait déjà remarqué, » il a indiqué penser.

« Fondamentalement, à partir de ce point, j'essayais de les comprendre, » Wright a dit. Il a vérifié ses instruments, a reproduit ses expériences et n'a trouvé aucune preuve des corps étrangers. Il a recueilli plus de preuve des subcompartments mystérieux, et blesse éventuellement à la bibliothèque de Fondren, hiloire par de vieilles études.

« J'ai revisité la littérature réellement vieille au sujet des peroxisomes des années 60, et l'ai vu qu'ils avaient observé les choses assimilées et juste ne les ont pas comprises, » ai dit. « Et cette idée a été juste détruite. »

Il y avait un certain nombre de références à ces compartiments intérieurs dans les études des années 60 et du début des années 70. Dans chaque cas, les chercheurs ont été concentrés sur autre chose et ont mentionné l'observation en réussissant. Et toutes les observations ont été effectuées avec les microscopes électroniques de boîte de vitesses, qui sont tombés hors de la faveur quand la microscopie confocale était largement - procurable pendant les années 1980.

« Il est juste beaucoup plus facile que microscopie électronique, » Bartel a dit. « L'inducteur entier commencé faire la microscopie confocale. Et dans les premiers temps de la microscopie confocale, les protéines juste n'étaient pas celle lumineuse. »

Wright employait également la microscopie confocale en 2015, mais avec des journalistes plus intelligents qui l'ont facilité pour résoudre de petites caractéristiques. Une autre clavette : Il regardait des peroxisomes des jeunes plantes d'Arabidopsis.

« Une raison que ceci a été oublié est parce que les peroxisomes en levure et cellules mammifères sont plus petits que la définition de la lumière, » Wright a dit. « Avec la microscopie à fluorescence, vous pourriez seulement jamais voir un point. C'est juste la limite que la lumière peut faire. »

Les peroxisomes qu'il voyait étaient jusqu'à 100 fois plus grands. Les scientifiques ne sont pas certains pourquoi les peroxisomes deviennent si grands dans des jeunes plantes d'Arabidopsis, mais ils savent que les graines de germination Arabidopsis obtiennent toute leur énergie de la graisse enregistrée, jusqu'à ce que les lames de jeune plante puissent démarrer produire l'énergie à partir de la photosynthèse. Pendant la germination, ils sont supportés par les gouttelettes minuscules innombrables de pétrole, et leurs peroxisomes doivent fonctionner des heures supplémentaires pour traiter le pétrole. Quand ils font, ils élèvent plusieurs fois plus grand que la normale.

« Les protéines fluorescentes lumineuses, en combination avec des peroxisomes beaucoup plus grands dans Arabidopsis, l'ont rendu extrêmement apparent, et beaucoup plus facile, pour voir ceci, » Wright a dit.

Mais des peroxisomes sont également hautement économisés, des centrales à la levure aux êtres humains, et Bartel a dit qu'il y a des signes que ces structures peuvent être des caractéristiques générales des peroxisomes.

« Peroxisomes sont une organelle fondamentale qui a été avec des eucaryotes pendant un temps très long, et il y a eu des observations en travers des eucaryotes, souvent en particulier mutants, où les peroxisomes sont plus grands ou moins bourrés avec des protéines, et ainsi plus facile à concevoir, » il a dit. Mais les gens n'ont pas forcément prêté l'attention à observations parce que les peroxisomes agrandis ont résulté des mutations connues.

Les chercheurs ne sont pas sûrs quel objectif est atteint par les subcompartments, mais Wright a une hypothèse.

« Quand vous parlez des choses comme la bêta-oxydation, ou le métabolisme des graisses, vous obtenez à la remarque que les molécules ne veulent plus pour être dans l'eau, » Wright avez dit. « Quand vous pensez à un genre traditionnel de réaction biochimique, nous avons juste un substrat flotter autour dans l'environnement de l'eau d'une cellule -- le lumen -- et agissant l'un sur l'autre avec des enzymes ; cela ne fonctionne pas tellement bien si vous avez quelque chose qui ne veut pas traîner dans l'eau. »

« Ainsi, si vous utilisez ces membranes pour solubiliser les métabolites insolubles dans l'eau, et permettez un meilleur accès aux enzymes de lumenal, il peut représenter une stratégie générale pour traiter plus efficacement cela aimable du métabolisme, » il a dit.

Bartel a dit que la découverte fournit également un cadre neuf pour comprendre des troubles peroxisomal.

« Ce travail pourrait nous donner une voie de comprendre certains des sympt40mes, et vérifier potentiellement la biochimie qui les entraîne, » il a dit.

Source:
Journal reference:

Wright, Z.J & Bartel, B (2020) Peroxisomes form intralumenal vesicles with roles in fatty acid catabolism and protein compartmentalization in Arabidopsis. Nature Communications. doi.org/10.1038/s41467-020-20099-y.