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O bioquímico do arroz descobre a estrutura escondida na maquinaria metabólica essencial

Em seu primeiro ano de escola, o bioquímico Zachary Wright de Rice University descobriu algo escondida dentro de uma parte comum de maquinaria celular que é essencial para toda a vida mais alta do pedido do fermento aos seres humanos.

Que Wright viu em 2015 -- os subcompartments dentro dos organelles chamaram peroxisomes -- é descrito em um estudo publicado hoje em comunicações da natureza.

Esta é, sem uma dúvida, a coisa que a mais inesperada nosso laboratório descobriu nunca. Isto exige-nos à reconsideração tudo que nós pensamos que nós soubemos sobre peroxisomes.”

Bonnie Bartel, o Ph.D. de Wright, co-autor do estudo, conselheiro, um membro da Academia Nacional das Ciências

Peroxisomes é os compartimentos onde as pilhas transformam moléculas gordas na energia e em materiais úteis, como as bainhas de myelin que protegem pilhas de nervo. Nos seres humanos, a deficiência orgânica peroxisome foi ligada às desordens metabólicas severas, e os peroxisomes podem ter um significado mais largo para o neurodegeneration, a obesidade, o cancro e desordens relativas à idade.

Muito é ainda desconhecido sobre peroxisomes, mas sua estrutura básica -- uma matriz granulada cercada por uma membrana sacklike -- não estava na pergunta em 2015. Bartel disse que que é a uma descoberta de Wright da razão era surpreendente.

“Nós somos geneticista, assim que nós somos usados às coisas inesperadas. Mas geralmente não vêm no tecnicolor,” disse, referindo uma outra coisa surpreendente sobre o achado de Wright: imagens bonitas da cor que mostram ambas as paredes dos subcompartments peroxisome e de seus interiores. As imagens eram possíveis devido aos repórteres fluorescentes brilhantes, etiquetas de incandescência da proteína que Wright empregou para as experiências. Os bioquímicos alteram os genes dos organismos modelo -- O laboratório de Bartel usa plantas de Arabidopsis -- para etiquetá-los com as proteínas fluorescentes em uma maneira controlada que possa revelar indícios sobre a função e a deficiência orgânica de genes específicos, incluindo algum que causa doenças nos povos, nos animais e nas plantas.

Wright, agora um investigador associado pos-doctoral no laboratório de Bartel, testava um repórter novo em 2015 quando manchou os subcompartments peroxisome.

“Eu nunca pensei Zach fez qualquer coisa erradamente, mas eu não pensei que era real,” Bartel disse. Pensou que as imagens devem ser o resultado de algum meio produto manufacturado, uma característica que não existisse realmente dentro da pilha mas estiveram criadas pelo contrário pela experiência.

“Se isto estava acontecendo realmente, alguém já observá-lo-ia,” ela recordou pensar.

“Basicamente, a partir desse ponto, eu estava tentando compreendê-los,” Wright disse. Verificou seus instrumentos, replicated suas experiências e não encontrou nenhuma evidência de um produto manufacturado. Recolheu mais evidência dos subcompartments misteriosos, e fere-se eventualmente acima na biblioteca de Fondren, penteando com os estudos velhos.

“Eu revisitei a literatura realmente velha sobre peroxisomes dos anos 60, e vi-o que tinham observado coisas similares e apenas não as compreenderam,” disse. “E essa ideia foi perdida apenas.”

Havia um número de referências a estes compartimentos internos nos estudos dos anos 60 e dos anos 70 adiantados. Em cada caso, os investigador foram centrados sobre algo mais e mencionaram a observação na passagem. E todas as observações foram feitas com microscópios electrónicos da transmissão, que caíram fora do favor quando a microscopia confocal se tornou amplamente disponível nos anos 80.

“É apenas muito mais fácil do que microscopia de elétron,” Bartel disse. “O campo inteiro começou fazer a microscopia confocal. E nos primeiros dias da microscopia confocal, as proteínas apenas não eram aquela brilhante.”

Wright igualmente usava a microscopia confocal em 2015, mas com repórteres mais brilhantes que facilitaram resolver características pequenas. Uma outra chave: Olhava peroxisomes das plântulas de Arabidopsis.

“Uma razão que esta foi esquecida é porque os peroxisomes no fermento e em pilhas mamíferas são menores do que a definição da luz,” Wright disse. “Com microscopia de fluorescência, você poderia somente nunca ver um ponto. Aquele é apenas o limite que a luz pode fazer.”

Os peroxisomes que via eram até 100 vezes maiores. Os cientistas não estão certos porque os peroxisomes obtêm tão grandes em plântulas de Arabidopsis, mas sabem que as sementes da germinação Arabidopsis obtêm toda sua energia da gordura armazenada, até que as folhas da plântula possam começar produzir a energia da fotossíntese. Durante a germinação, são sustentados por gotas minúsculas incontáveis do petróleo, e seus peroxisomes devem trabalhar fora do tempo estipulado para processar o petróleo. Quando fazem, crescem diversas vezes maior do que o normal.

“As proteínas fluorescentes brilhantes, em combinação com uns peroxisomes muito mais grandes em Arabidopsis, fizeram-no extremamente aparente, e muito mais fácil, para ver isto,” Wright disse.

Mas os peroxisomes são conservados igualmente altamente, das plantas ao fermento aos seres humanos, e Bartel disse que há umas sugestões que estas estruturas podem ser características gerais dos peroxisomes.

“Peroxisomes é um organelle básico que seja com eukaryotes por muito uns muitos tempos, e houve umas observações através dos eukaryotes, frequentemente em particular mutantes, onde os peroxisomes são mais grandes ou embalados menos com proteínas, e assim mais fácil visualizar,” disse. Mas os povos não pagaram necessariamente a atenção 2 aquelas observações porque os peroxisomes ampliados resultaram das mutações conhecidas.

Os pesquisadores não são certos que finalidade é servida pelos subcompartments, mas Wright tem uma hipótese.

“Quando você está falando sobre coisas como a beta-oxidação, ou o metabolismo das gorduras, você obtem ao ponto que as moléculas não querem estar na água anymore,” Wright disse. “Quando você pensa de um tipo tradicional da reacção bioquímica, nós apenas temos uma carcaça flutuar ao redor no ambiente da água de uma pilha -- o lúmen -- e interagindo com as enzimas; isso não trabalha tão bem se o you've obteve algo que não quer pendurar ao redor na água.”

“Assim, se você está usando estas membranas para solubilize os metabolitos água-insolúveis, e permita o melhor acesso às enzimas do lumenal, pode representar uma estratégia geral para tratar mais eficientemente a aquela amável do metabolismo,” disse.

Bartel disse que a descoberta igualmente fornece um contexto novo compreendendo desordens peroxisomal.

“Este trabalho poderia dar-nos uma maneira de compreender alguns dos sintomas, e para investigar potencial a bioquímica que os está causando,” disse.

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.