Afdækning af designprincipperne for cellulære rum

Membranløse organeller er små dråber inde i en enkelt celle, tænkte at regulere alt fra opdeling, til bevægelse, til selve dens ødelæggelse. En bedre forståelse af disse mystiske strukturer kan være nøglen til at låse op for en lang række medicinske tilstande, herunder udviklingsforstyrrelser, børnekræft og aldersrelaterede sygdomme.

Ny forskning fra School of Engineering &Applied Science ved Washington University i St. Louis, offentliggjort i tidsskriftet eLife , afdækker principperne bag dannelsen og organiseringen af ​​membranløse organeller.

"Hvis vores teori og modellering er korrekte, vi burde være i stand til at designe disse organeller på den måde, vi ønsker, " sagde Rohit Pappu, Edwin H. Murty professor i ingeniørvidenskab ved Institut for Biomedicinsk Teknik.

Proteinmolekyler, der driver dannelsen af ​​membranløse organeller, er som perlekæder. De består af flere klæbrige domæner (perlerne) forbundet med fleksible linkere (halskæden). Disse såkaldte multivalente proteiner samles for at danne netværk, der holdes sammen af ​​fysiske tværbindinger mellem de klæbrige domæner. Antallet af domæner i et molekyle bidrager til antallet af tværbindinger, der kan realiseres.

Imidlertid, fænomenet tværbinding forklarer kun halvdelen af ​​historien om, hvordan membranløse organeller dannes. Disse organeller er også kendt som "kondensater, "Fordi multivalente proteiner faktisk kondenserer og danner dråber, og dette kan ikke forklares ved tværbinding alene.

Pappus team spekulerede på, om evnen til at danne sfæriske dråber er bestemt af de fleksible linkere, der binder domæner til hinanden. Arbejder med Michael Rosen fra University of Texas Southwestern Medical Center, Pappu og hans kolleger, postdoc-stipendiater Tyler Harmon og Alex Holehouse, brugt computersimuleringer og polymerfysikteori til at vise, at linkers sekvensspecifikke fysiske egenskaber direkte bestemmer, om multivalente proteiner danner geler i sfæriske kondensater eller geler uden at danne dråber.

"Vi var i stand til at identificere de sekvenstræk, der fremmer dannelsen af ​​sfæriske geler, hvad er, hvad disse membranløse organeller egentlig er, " sagde Pappu. "Vi bør derfor være i stand til at designe dråber med skræddersyede materialeegenskaber, og begynde at forstå, hvordan og hvorfor specifikke typer proteiner driver dråbedannelsen, og hvordan disse dråber bidrager til cellulære funktioner.

"At være i stand til at efterligne og designe naturligt forekommende strukturer er drømmen om biofysisk teknik, og vi er spændte på, hvad der ligger i vente."