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Il biochimico del riso scopre la struttura nascosta in macchinario metabolico essenziale

Durante il suo primo anno di scuola post-laurea, il biochimico Zachary Wright di Rice University ha scoperto qualcosa nascosta dentro un pezzo comune di macchinario cellulare che è essenziale per tutta la vita di ordine superiore da lievito agli esseri umani.

Che Wright ha veduto nel 2015 -- i subcompartments dentro gli organelli hanno chiamato i peroxisomes -- è descritto in uno studio pubblicato oggi nelle comunicazioni della natura.

Ciò è, senza dubbio, la cosa che più inattesa il nostro laboratorio ha scoperto mai. Ciò ci richiede di ripensare tutto abbiamo pensato che abbiamo saputo circa i peroxisomes.„

Bartel molto carino, il Ph.D. di Wright, che co-author di studio, Consigliere, un membro dell'Accademia nazionale delle scienze

Peroxisomes è compartimenti in cui le celle trasformano le molecole grasse in energia ed in materiali utili, come le guaine di mielina che proteggono le cellule nervose. In esseri umani, la disfunzione peroxisome è stata collegata ai disordini metabolici severi e i peroxisomes possono avere più ampio significato per il neurodegeneration, l'obesità, il cancro ed i disordini relativi all'età.

Molto è ancora sconosciuto circa i peroxisomes, ma la loro struttura di base -- una matrice granulare circondata da una membrana sacklike -- non era in questione nel 2015. Bartel ha detto che che è l'una scoperta di Wright di ragione era sorprendente.

“Siamo genetisti, in modo da siamo usati alle cose inattese. Ma non vengono solitamente nel technicolor,„ ha detto, riferendosi ad un'altra cosa sorprendente circa il ritrovamento di Wright: belle immagini di colore che mostrano le entrambe pareti dei subcompartments peroxisome e dei loro interni. Le immagini erano possibili a causa dei reporter fluorescenti intelligenti, tag d'ardore della proteina che Wright ha impiegato per gli esperimenti. I biochimici modificano i geni degli organismi di modello -- Il laboratorio di Bartel usa gli impianti di Arabidopsis -- per etichettarli con le proteine fluorescenti in un modo controllato che può rivelare le bugne circa la funzione e la disfunzione dei geni specifici, compreso alcuno che causi le malattie nella gente, in animali ed in piante.

Wright, ora un socio di ricerca postdottorale nel laboratorio di Bartel, stava esaminando un nuovo reporter nel 2015 quando ha macchiato i subcompartments peroxisome.

“Non ho pensato mai Zach facesse male qualche cosa, ma non ho pensato che fosse reale,„ Bartel ha detto. Ha pensato che le immagini dovessero essere il risultato di un certo ordinamento del artefatto, una funzionalità che realmente non è esistito dentro la cella ma invece fossero create dall'esperimento.

“Se questo realmente stesse accadendo, qualcuno già lo avrebbe notato,„ lei ha richiamato pensare.

“Basicamente, da quel momento in poi, stavo provando a capirli,„ Wright ha detto. Ha controllato i suoi strumenti, ha ripiegato i suoi esperimenti e non ha trovato prova di un artefatto. Ha riunito più prova dei subcompartments misteriosi e finalmente ha finito alla libreria di Fondren, pettinantesi con i vecchi studi.

“Ho rivisitato la letteratura realmente vecchia circa i peroxisomes a partire dagli anni 60 e lo ho veduto che avevano osservato le simili cose ed appena non le hanno capite,„ ho detto. “E quell'idea è stata persa appena.„

C'erano una serie di riferimenti a questi compartimenti interni negli studi a partire dagli anni 60 e dall'inizio degli anni 70. In ogni caso, i ricercatori sono stati messi a fuoco sul qualcos'altro ed hanno citato l'osservazione nel passaggio. E tutte le osservazioni sono state fatte con i microscopi elettronici della trasmissione, che sono caduto in disgrazia quando la microscopia confocale è diventato ampiamente - disponibile negli anni 80.

“È appena molto più facile di microscopia elettronica,„ Bartel ha detto. “L'intero campo ha cominciato fare la microscopia confocale. E negli inizi di microscopia confocale, le proteine appena non erano quella luminosa.„

Wright egualmente stava usando la microscopia confocale nel 2015, ma con i reporter più intelligenti che lo hanno reso più facile risolvere le piccole funzionalità. Un altro tasto: Stava esaminando i peroxisomes dalle piantine di Arabidopsis.

“Una ragione che questa è stata dimenticata è perché i peroxisomes in lievito e cellule di mammiferi sono più piccoli della risoluzione di indicatore luminoso,„ Wright ha detto. “Con microscopia di fluorescenza, potreste vedere soltanto mai un punto. Quello è appena il limite che l'indicatore luminoso può fare.„

I peroxisomes che stava osservando erano fino a 100 volte più grandi. Gli scienziati non sono sicuri perché i peroxisomes ottengono così grandi nelle piantine di Arabidopsis, ma sanno che i semi di germinazione Arabidopsis ottengono tutta la loro energia proveniente da grasso memorizzato, finché le foglie della piantina non possano avvi produrre l'energia proveniente dalla fotosintesi. Durante la germinazione, sono sostenuti dalle goccioline minuscole innumerevoli di petrolio ed i loro peroxisomes devono lavorare fuori orario per elaborare il petrolio. Quando fanno, coltivano parecchie volte più grande del normale.

“Le proteine fluorescenti luminose, congiuntamente ai peroxisomes molto più grandi in Arabidopsis, lo hanno reso estremamente evidente e molto più facile, vedere questo,„ Wright ha detto.

Ma i peroxisomes egualmente altamente sono conservati, dagli impianti a lievito agli esseri umani e Bartel ha detto che ci sono suggerimenti che queste strutture possono essere funzionalità generali dei peroxisomes.

“Peroxisomes è un organello di base che è stato con gli eucarioti per un tempo molto molto e ci sono stati osservazioni attraverso gli eucarioti, spesso in particolare mutanti, in cui i peroxisomes sono più grandi o più di meno imballati con le proteine e così più facile visualizzare,„ ha detto. Ma la gente necessariamente non ha prestato attenzione a quelle osservazioni perché i peroxisomes ingrandetti sono derivato dalle mutazioni conosciute.

I ricercatori non sono sicuri che scopo è servito dai subcompartments, ma Wright ha un'ipotesi.

“Quando state parlando delle cose come l'beta-ossidazione, o il metabolismo di grassi, ottenete al punto che le molecole non vorranno per essere in acqua più,„ Wright avete detto. “Quando pensate ad un genere tradizionale di reazione biochimica, abbiamo appena un substrato fluttuare intorno nell'ambiente dell'acqua di una cella -- il lumen -- ed interagendo con gli enzimi; quello non funziona così bene se avete qualcosa che non voglia appendere intorno nell'acqua.„

“Così, se state utilizzando queste membrane per solubilizzare i metaboliti insolubili in acqua e permetta il migliore accesso agli enzimi di lumenal, può rappresentare una strategia generale per occuparsi più efficientemente di quella gentile di metabolismo,„ ha detto.

Bartel ha detto che la scoperta egualmente fornisce un nuovo contesto per la comprensione dei disordini peroxisomal.

“Questo lavoro potrebbe darci un modo capire alcuni dei sintomi e potenzialmente studiare la biochimica che sta causandoli,„ ha detto.

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.