Gli scienziati che cercano di comprendere le proprietà fisiche e chimiche che governano i condensati biomolecolari hanno ora un modo cruciale per misurare il pH e altre proprietà emergenti di questi enigmatici, seppur importanti, compartimenti cellulari.
I condensati sono comunità di proteine e acidi nucleici. Sono privi di membrana e si uniscono e si sfaldano secondo necessità. Il nucleolo è un condensato prominente nelle cellule. Svolge ruoli vitali nella fisiologia cellulare ed è il sito di produzione dei ribosomi.
I ribosomi sono gruppi multiproteici e RNA in cui il codice genetico viene tradotto per sintetizzare le proteine. La compromissione della produzione dei ribosomi e altre disfunzioni nucleolari sono alla base dei tumori, della neurodegenerazione e dei disturbi dello sviluppo.
In una prima volta nel campo dei condensati, i ricercatori del laboratorio di Rohit Pappu, il Distinguished Professor di ingegneria biomedica Gene K. Beare, e colleghi del Center for Biomolecular Condensates della McKelvey School of Engineering presso la Washington University di St. Louis, hanno immaginato come sono assemblate le sottostrutture nucleolari. Questa organizzazione dà origine a profili di pH unici all’interno dei nucleoli, che hanno misurato e confrontato con il pH dei vicini condensati non nucleolari, inclusi i granelli nucleari e i corpi di Cajal.
Nello studio, pubblicato online in Cellula, gli autori riferiscono che le distinte composizioni proteiche dei nucleoli conferiscono loro un carattere acido, mentre le macchioline nucleari hanno lo stesso pH del nucleo e i corpi di Cajal sono più basici.
Basandosi sui dati di proteomica spaziale provenienti dal laboratorio di Emma Lundberg, professoressa associata di bioingegneria presso l’Università di Stanford, e su nuovi algoritmi sviluppati da Kiersten Ruff, ricercatore presso McKelvey, e colleghi del laboratorio di Pappu, il team ha identificato “grammatiche molecolari” uniche inclusa la presenza di proteine con lunghi tratti acidi come caratteristica chiave di molte proteine nucleolari. Questo, ha ragionato il team, deve aiutare a trasportare i protoni dell’idrogeno nei nucleoli (il pH è la misura dell’attività dei protoni).
I condensati sono come un raduno di persone in una sala congressi. Non ci sono muri che li tengano al loro posto; semplicemente conversazioni brillanti condotte da alcune persone chiave: le “impalcature”. La comunità di molecole che si uniscono consente proprietà emergenti nei condensati, come il pH interno nei nucleoli.
La condensa si forma attraverso un processo che il team ora chiama condensazione. Questo combina la separazione di fase – si pensi alla demiscelazione di olio e acqua – e interazioni appiccicose tra le molecole che amano legarsi tra loro.
“Le biomolecole sono definite da una combinazione di interazioni specifiche e profili di solubilità distinti. La condensazione coinvolge la totalità di queste interazioni e questo dà origine a quelle che sono conosciute come proprietà emergenti”, ha affermato Matthew King, ricercatore post-dottorato nel laboratorio di Pappu e autore principale dello studio. la carta.
La nuova ricerca fornisce un punto di partenza per comprendere come le proprietà emergenti, per cui il tutto è maggiore della somma delle sue parti, danno origine a “codici a barre fisico-chimici” specifici del condensato, secondo King.
Le differenze di pH tra i condensati e il nucleoplasma circostante generano gradienti e “un gradiente di pH genera quella che è nota come forza motrice protonica”, ha affermato King.
Questa forza motrice del protone, misurata in -88 mJ per protone, “potrebbe essere in grado di facilitare il movimento direzionale delle molecole di RNA e proteine, che è un primo passo fondamentale per consentire l’assemblaggio ribosomiale”, ha aggiunto King.
Posizionare le sonde chimiche nel posto giusto nelle cellule e misurare i condensati ha richiesto innovazioni tecnologiche che includevano il contributo dei partner del progetto McKelvey, Michael Vahey, professore assistente di ingegneria biomedica, e Matthew Lew, professore associato di ingegneria elettrica e dei sistemi.
Secondo Pappu, questo lavoro “fornisce una soluzione elegante alla sfida che molti biochimici vedono nel concetto di condensato”.
Le reazioni cellulari richiedono specificità. Ogni reazione biochimica deve avvenire nel posto giusto, al momento giusto, e deve coinvolgere specifici insiemi di proteine e acidi nucleici.
“I condensati sono stati spesso criticati come grumi non specifici”, ha detto Pappu.
Grazie a questa nuova ricerca, quelle macchie hanno chiaramente proprietà fisico-chimiche specifiche.
“Ora abbiamo la prova che distinte distorsioni compositive dei condensati generano ambienti fisico-chimici distinti, e questo potrebbe fornire la base per la specificità biochimica”, ha osservato Pappu.
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com
