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Les principes de sciences de l'alimentation aident des scientifiques à comprendre des fonctionnements internes des compartiments cellulaires

Les chercheurs de médicament de Johns Hopkins enregistrent que les principes de sciences de l'alimentation les ont aidés à déterminer à quel point les gouttelettes exceptionnelles dans des cellules restent dispensées et évitent de dissoudre dans le reste de l'intérieur gélatineux des cellules.

Les chercheurs disent que leur travail pourrait avancer la compréhension scientifique de l'évolution de cellules et des scientifiques d'aide dans la nourriture et l'industrie chimique développent de meilleures voies de maintenir les mélanges liquides de la séparation.

Les cellules de tous les organismes vivants retiennent une collection d'organelles appelées de mini machines biologiques. Ces structures font fonctionner les mitochondries de la centrale électrique des cellules, le noyau intelligent et d'autres fonctionnements, tous avec une bordure définie et les ont emballé dans une membrane. Cependant, il y a d'autres pièces de cellules qui apparaissent en tant que « gouttes visqueuses et sans membrane, » mais elles atteignent des objectifs distincts, tels que les gènes de réglementation, envoyant les signes ou les dépôts chimiques pour les molécules spécialisées.

Les scientifiques ont la longue pensée que ces gouttelettes mystifiantes en quelque sorte pourraient être une version primordiale des organelles, et l'équipe de recherche dirigée par Hopkins de Johns travaillée avec le laboratoire worms pour les étudier davantage.

Un état sur les découvertes de l'équipe de recherche au sujet de ces gouttelettes, qui sont les condensats biomoléculaires appelés, apparaît septembre 10 en la Science.

J'espère que ce travail aidera à convaincre des scientifiques que les condensats biomoléculaires sont les compartiments cellulaires hautement sophistiqués. Nous avons trouvé qu'ils ont réglé des rôles et répondent à l'environnement, juste comme d'autres organelles. Et nous avons constaté qu'elles ont des membranes, juste pas le type que nous sommes habitués à voir. »

Geraldine Seydoux, Ph.D., professeur de Huntington Sheldon dans la découverte médicale et doyen vice pour la recherche fondamentale à l'École de Médecine et au chercheur d'Université John Hopkins au Howard Hughes Medical Institute

Les condensats biomoléculaires étaient les « granules » d'abord aboubées pendant les années 1970 par les scientifiques qui avaient l'habitude la microscopie électronique pour scruter plus attentivement aux structures dans beaucoup d'organismes, y compris les elegans appelés des créatures pas droites C., dont la biologie relativement simple leur a effectué un modèle courant de laboratoire pour étudier tout à partir de la technologie moderne de gène-coupe à la structure des protéines. Les condensats dans les vis sans fin, qui semblent dures et assimilées dans l'apparence aux grains de sable, sont connus comme granules de P.

En 2014 dans le laboratoire de Seydoux, l'étudiant de troisième cycle Jennifer Wang a réalisé des analyses génétiques pour trouver une protéine MEG-3 appelé en granules de la vis sans fin P. Les expériences de Wang ont prouvé qu'une autre protéine, PGL-3, produit les gouttelettes de liquide visqueux, le « faisceau » des granules de P, et que MEG-3 attend sur l'extérieur de la granule de P, effectuant à de petits « boîtiers » cette couche la surface des granules de P.

« Ce que nous n'avons pas compris étions ces protéines pourrions juste persister sur l'extérieur des granules de P pourtant être si intégral à stabiliser l'intérieur des granules, » dit Seydoux.

Le mystère était encore non résolu quand, en janvier 2020, Seydoux recherchait les bons mots pour décrire leurs observations. Il Googled « solides stabilisant des liquides » et des références trouvées au concept de sciences de l'alimentation des émulsions de Pickering. « J'ai eu un moment d'OMG quand j'ai affiché plus au sujet de ce phénomène, » dit Seydoux.

Une émulsion est un mélange de deux liquides qui ne se mélangent pas normalement bien, comme le pétrole et l'eau. Une émulsion de Pickering est un tel mélange qui est stabilisé, comme le carton quotidien de lait de l'épicerie.

Le lait de vache non transformé est naturellement instable, et les grosses gouttelettes en lait tendent à glom ensemble pour réduire la surface générale parmi les grosses molécules. Les grosses molécules - ou la crème - se lèvent au haut et séparé du petit lait, ou au liquide aqueux dans le lait.

Pour éviter la séparation de lait et stabiliser le liquide, les compilateurs de laiterie poussent le lait par un petit pointeau, qui brise les grosses gouttelettes, les enduit d'une caséine appelée de protéine et les évite de produire une couche crémeuse de grosses molécules protégées par fusible.

Seydoux dit qu'il s'est produit à elle que MEG-3 pourrait agir d'une voie très assimilée à l'effet de la caséine en lait, abaissant la tension superficielle des gouttelettes pour les maintenir de fusionner. Et la tendance de MEG-3 de rester autour de la surface des granules de P a proposé à elle qu'elle ait agi en tant que genre de membrane, il ajoute.

Dans leurs expériences, Seydoux et son équipe ont prouvé que les gouttelettes PGL-3 enduites du séjour MEG-3 ont régulièrement séparé sur des lamelles de verre, avec deux fois autant de gouttelettes avec les condensats non-enduits qui fusionnent, formant moins et de plus grandes gouttelettes sur la lamelle de verre.

« C'est un phénomène réputé en sciences de l'alimentation, et maintenant nous voyons qu'elles peuvent également se produire à l'intérieur d'une cellule, » dit Seydoux.

Seydoux et son équipe ont également conçu les cellules d'oeufs de vis sans fin qui ont manqué de MEG-3 et ont vu que les granules non-enduites de P ont dissous plus lentement. Ceci et d'autres expériences, indique Seydoux, proposent que MEG-3 stabilise non seulement les gouttelettes dans des conditions normales mais permette également aux gouttelettes de répondre plus rapidement quand les conditions environnementales changent.

L'équipe de Seydoux des stagiaires post-doctoraux, y compris le spécialiste Andrew Folkmann en représentation de cellules et le biochimiste Andrea Putnam, aide recherchée pour achever leurs études d'un expert en matière de physico-chimie qui pourrait les guider par la physique des émulsions de Pickering.

Plusieurs mois après avoir ajouté le ventilateur Lee de Chiu de bioengineer de l'université impériale de Londres à l'équipe, il les a aidées pour recenser une composante manquante dans leur modèle de la vis sans fin MEG-3 : une enzyme MBK-2 appelé qui aide le liquide à l'intérieur des granules de P deviennent moins visqueuse.

« Ensemble, ces expériences fournissent une explication pour la façon dont cette soupe primordiale à l'intérieur des cellules peut se réunir dans les compartiments qui résistent fusionner et qui répondent aux caractères indicateurs de développement, » dit Seydoux.

L'équipe planification d'autres études pour déterminer la structure matérielle précise de MEG-3 et les informations supplémentaires au sujet de la façon dont cela fonctionne. Si d'autres études filtrent à l'extérieur, MEG-3 pourrait fournir une ressource renouvelable pour développer des émulsions de Pickering dans la nourriture et industrie chimique, ils indiquent.

Seydoux et l'équipe ont limé des brevets sur l'utilisation de MEG-3 comme outil pour développer des émulsions de Pickering.

Source:
Journal reference:

Folkmann, A.W., et al. (2021) Regulation of biomolecular condensates by interfacial protein clusters. Science. doi.org/10.1126/science.abg7071.