Un nuevo método de laboratorio permite a los investigadores crear compartimentos dentro de un líquido que, como gotas de aceite en agua, están separados pero no tienen una barrera física entre ellos. El método podría ayudar a los investigadores a comprender cómo las células humanas usan "compartimentos sin membrana" similares para segregary componentes concentrados para procesos celulares importantes, reacciones químicas u otras funciones biológicas.
Los investigadores de Penn State desarrollaron y utilizaron el método para crear compartimientos complejos de múltiples secciones y compartimientos dentro de compartimentos, todo sin divisores ni membranas físicas. Sus resultados se publican en un documento que aparece en línea en la revista Biomacromoléculas .
"Una célula tiene una variedad de compartimentos o contenedores, como el núcleo y las mitocondrias, con membranas que separan su contenido del resto de la célula", dijo Gregory Mountain, estudiante graduado en Penn State y autor del estudio ".Estos compartimentos ayudan a la célula a realizar diferentes tareas en diferentes ubicaciones. Pero los investigadores continúan descubriendo compartimentos dentro de la célula que carecen de membranas externas físicas y que pueden formarse y luego disolverse según sea necesario. La interrupción de estos compartimientos sin membrana se ha implicado en enfermedades como la ELA, Alzheimer y diabetes tipo II "
Los compartimientos sin membrana dentro de las células resultan de la separación de moléculas como proteínas y ARN en diferentes fases líquidas. Para crear compartimentos sin membrana en el laboratorio, los investigadores combinaron polímeros cargados simplificados de aminoácidos y / o ácidos nucleicos repetidos en agua. Los polímeros fueronetiquetado con fluorescencia, lo que permitió a los investigadores monitorear las interacciones resultantes.
Al interactuar los polímeros cargados, atrayendo cargas opuestas, se formaron compartimentos separados en el líquido sin divisores físicos. La combinación de cuatro polímeros permitió a los investigadores producir gotitas con dos compartimentos, así como compartimentos dentro de los compartimentos. La combinación de seis polímeros produjo gotitascon tres compartimentos
"Este método directo nos permite comprender la química básica de cómo se pueden formar y disolver los compartimentos de múltiples fases dentro de una célula", dijo Mountain. "Entonces podemos desarrollar la complejidad. Factores como la temperatura, la concentración de sal, la acidez yla fuerza de carga de los polímeros puede afectar el comportamiento de estos compartimentos, por lo que es importante comprender primero las condiciones comunes bajo las cuales es posible su formación ".
Para comprender cómo las moléculas pueden acumularse dentro de los compartimentos, los investigadores agregaron sondas de macromoléculas. Descubrieron que las sondas tendían a acumularse dentro de compartimentos que contenían polímeros que tenían las interacciones más fuertes basadas en la carga con las sondas.
"Los compartimentos sin membrana pueden formarse dentro de una célula para realizar una tarea específica usando componentes específicos", dijo Mountain. "Pero no está claro cómo la célula controla qué componentes van a dónde y por qué algunas moléculas terminan en un compartimento frente a otro. Al identificar elpropiedades que determinan dónde las moléculas de la sonda terminan dentro de los compartimentos de múltiples fases, podemos comenzar a comprender cómo las células pueden prepararse para las reacciones químicas ".
A continuación, los investigadores están explorando cómo disolver selectivamente y reformar compartimentos individuales usando una variedad de mecanismos de control. Por ejemplo, manipular uno de los polímeros cargados dentro de un compartimento para hacerlo neutral podría hacer que ese compartimento se disuelva selectivamente dentro de unsistema de compartimento.
"Eventualmente esperamos controlar cuándo aparecen los compartimentos y qué tipos de moléculas contienen", dijo Mountain. "También esperamos crear sistemas con múltiples tipos de compartimientos sin membrana que puedan controlarse individualmente. Nuestro trabajo proporciona las bases para un experimentomodelo de orgánulos sin membrana multicompartimentales dentro de las células vivas y que algún día también nos permita crear células artificiales con compartimentos multifase ".
Además de Mountain, el equipo de investigación incluye a Christine Keating, distinguida profesora de química en Penn State. Este trabajo fue apoyado por la National Science Foundation.
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Materiales proporcionado por Estado Penn . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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