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El bioquímico del arroz descubre la estructura ocultada en maquinaria metabólica esencial

En su primer año de escuela, el bioquímico Zacarias Wright de Rice University descubrió algo ocultada dentro de un pedazo común de maquinaria celular que es esencial para toda la vida más de categoría alta de la levadura para los seres humanos.

Qué Wright vio en 2015 -- los subcompartments dentro de los organelos llamaron peroxisomes -- se describe en un estudio publicado hoy en comunicaciones de la naturaleza.

Ésta es, sin una duda, la cosa más inesperada que nuestro laboratorio ha descubierto nunca. Esto nos requiere repensar todo que pensamos que sabíamos sobre peroxisomes.”

Bonnie Bartel, el Ph.D. de Wright, co-autor del estudio, consejero, pieza de la National Academy of Sciences

Peroxisomes es las divisiones donde las células giran las moléculas grasas en energía y materiales útiles, como las vainas de myelin que protegen las células nerviosas. En seres humanos, la disfunción peroxisome se ha conectado a los desordenes metabólicos severos, y los peroxisomes pueden tener significación más amplia para el neurodegeneration, la obesidad, el cáncer y los desordenes relativos a la edad.

Mucho es todavía desconocido sobre peroxisomes, pero su estructura básica -- una matriz granular rodeada por una membrana sacklike -- no estaba en la pregunta en 2015. Bartel dijo que es el un descubrimiento de Wright de la razón era asombrosamente.

“Somos genetistas, así que nos utilizan a las cosas inesperadas. Pero no vienen generalmente en tecnicolor,” ella dijo, refiriendo a otra cosa asombrosamente sobre el hallazgo de Wright: imágenes hermosas del color que muestran ambas las paredes de los subcompartments peroxisome y de sus interiores. Las imágenes eran posibles debido a los reporteros fluorescentes brillantes, etiquetas de la proteína que brillaban intensamente que Wright empleó para los experimentos. Los bioquímicos modifican los genes de los organismos modelo -- El laboratorio de Bartel utiliza las instalaciones de Arabidopsis -- para marcarlas con etiqueta con las proteínas fluorescentes de una manera controlada que puede revelar pistas sobre la función y la disfunción de genes específicos, incluyendo alguno que cause enfermedades en gente, animales e instalaciones.

Wright, ahora socio de investigación postdoctoral en el laboratorio de Bartel, probaba a un nuevo reportero en 2015 cuando él observó los subcompartments peroxisome.

“Nunca pensé Zach hizo cualquier cosa mal, pero no pensé que era real,” Bartel dijo. Ella pensó que las imágenes deben ser el resultado de una cierta clase de artefacto, una característica que no existió realmente dentro de la célula pero en lugar de otro que fueron creadas por el experimento.

“Si suceso esto realmente, alguien lo habría notado ya,” ella revocó el pensar.

“Básicamente, a partir de ese momento, intentaba entenderlos,” Wright dijo. Él verificó sus instrumentos, replegó sus experimentos y no encontró ninguna prueba de un artefacto. Él recolectó más pruebas de los subcompartments misteriosos, e hiere eventual hacia arriba en la biblioteca de Fondren, peinándose con viejos estudios.

“Revisité realmente la vieja literatura sobre peroxisomes a partir de los años 60, y lo vi que habían observado cosas similares y apenas no las entendían,” dije. “Y esa idea acaba de ser perdida.”

Había varias referencias a estas divisiones internas en estudios a partir de los años 60 y de las comienzos de los años 70. En cada caso, los investigadores fueron centrados en algo más y mencionaron la observación en el paso. Y todas las observaciones fueron hechas con los microscopios electrónicos de la transmisión, que cayeron del favor cuando se convirtió la microscopia confocal extensamente - disponible en los años 80.

“Es apenas mucho más fácil que microscopia electrónica,” Bartel dijo. “El campo entero comenzó a hacer microscopia confocal. Y en los primeros días de la microscopia confocal, las proteínas apenas no eran ésa brillante.”

Wright también utilizaba microscopia confocal en 2015, pero con reporteros más brillantes que hicieron más fácil resolver pequeñas características. Otra llave: Él observaba peroxisomes de los almácigos de Arabidopsis.

“Una razón que esto fue olvidada es porque los peroxisomes en levadura y células mamíferas son más pequeños que la resolución de la luz,” Wright dijo. “Con la microscopia de fluorescencia, usted podría ver solamente nunca un punto. Ése es apenas el límite que la luz puede hacer.”

Los peroxisomes que él veía eran hasta 100 veces más grandes. Los científicos no están seguros porqué los peroxisomes consiguen tan grandes en los almácigos de Arabidopsis, pero saben que las semillas de la germinación Arabidopsis consiguen toda su energía de la grasa salvada, hasta que las hojas del almácigo puedan comenzar a producir energía de fotosíntesis. Durante la germinación, las gotitas minúsculas incontables del aceite los sostienen, y sus peroxisomes deben trabajar en horas extras para tramitar el aceite. Cuando lo hacen, crecen vario normal más grande de las épocas que.

Las “proteínas fluorescentes brillantes, conjuntamente con peroxisomes mucho más grandes en Arabidopsis, lo hicieron extremadamente evidente, y mucho más fácil, ver esto,” Wright dijo.

Pero los peroxisomes también se conservan altamente, de las instalaciones a la levadura a los seres humanos, y Bartel dijo que hay indirectas que estas estructuras pueden ser características generales de peroxisomes.

“Peroxisomes es un organelo básico que ha estado con los eucariotas por un tiempo muy largo, y ha habido observaciones a través de los eucariotas, a menudo particularmente mutantes, donde están más grandes o cargados menos los peroxisomes con las proteínas, y así más fácil visualizar,” ella dijo. Pero la gente no prestó necesariamente la atención a esas observaciones porque los peroxisomes aumentados resultaron de mutaciones sabidas.

Los investigadores no están seguros qué propósito es servido por los subcompartments, pero Wright tiene una hipótesis.

“Cuando usted está hablando de cosas como la beta-oxidación, o el metabolismo de grasas, usted consigue al punto que las moléculas no quieren para estar en agua más,” Wright dijo. “Cuando usted piensa en una clase tradicional de reacción bioquímica, apenas tenemos un substrato el conectar alrededor en el ambiente del agua de una célula -- el lumen -- y obrando recíprocamente con las enzimas; eso no trabaja tan bien si usted tiene algo que no quiere colgar alrededor en el agua.”

“Así pues, si usted está utilizando estas membranas para solubilizar los metabilitos insolubles en agua, y permita un mejor acceso a las enzimas del lumenal, puede representar una estrategia general para tratar más eficientemente de eso bueno de metabolismo,” él dijo.

Bartel dijo que el descubrimiento también ofrece un nuevo contexto para entender desordenes peroxisomal.

“Este trabajo podría darnos una manera de entender algunos de los síntomas, y potencialmente investigar la bioquímica que los está causando,” ella dijo.

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.