Voksende dråber i matrixen

Mekanismen for molekylær selvorganisering blev vurderet i en ny model af forskere fra Max Planck Institute for Dynamics and Self-Organization (MPIDS). I deres undersøgelse, de simulerede, hvordan miljøfaktorer som temperatur påvirker størrelsen af ​​oliedråber i elastiske matricer. Undersøgelsen vil også hjælpe med at forstå dråbedannelse i biologiske celler, hvor biologiske molekyler selvorganiserer sig i kondensater. Hele papiret blev for nylig offentliggjort i det anerkendte tidsskrift PNAS .

I biologi, korrekt regulering af cellens indre er afgørende for at sikre funktionen af ​​biologiske processer. Endnu, celler kan være meget komplekse strukturer med flere tusinde forskellige typer molekyler og millioner af proteinkopital. For at organisere denne enorme kompleksitet, flere mekanismer er nødvendige for at oprette subcellulære miljøer, der leverer både definerede og dynamiske betingelser. For eksempel, cellulære organeller muliggør adskillelse af cellulære miljøer på grund af afgrænsning via membraner. Imidlertid, også i den overfyldte cellulære matrix kræves en struktureret organisering af biomolekyler. Der, såkaldte biomolekylære kondensater med en defineret molekylær sammensætning kan dannes spontant. Fremtrædende eksempler på dette fænomen omfatter spændingsgranulat og transkriptionelle kondensater. Disse kondensater er omgivet af elastiske strukturelle elementer i cellen, herunder cytoskelet og kromatin i kernen. Spørgsmålet er:hvordan påvirkes kondensaterne af de elastiske strukturer, og kan cellen bruge denne interaktion til at udøve kontrol i det dynamiske cellulære miljø?

En model giver adgang til området molekylær organisation

Da det praktisk talt ikke er muligt at følge den detaljerede interaktion mellem millioner af molekyler i en celle i realtid, forskere bruger modeller, der beskriver individuelle facetter af fænomenet. "Vi bruger oliedråber til at repræsentere materialet i cytosolen og et polymermaske til at efterligne det biologiske stillads" forklarer Estefania Vidal-Henriquez, første forfatter til undersøgelsen. "Den dynamiske udvikling af dråbestørrelsen under visse betingelser giver os oplysninger om, hvordan biologiske molekyler ville blive arrangeret i et cellulært miljø." Modellen beskriver fordelingen af ​​forskellige dråbestørrelser og deres relative mængde. I øvrigt, den mener, at den omgivende matrix kan være brudt - hvilket ville referere til en omlægning af det biologiske stillads. Det betyder, at de biomolekylære kondensater ikke er begrænset af maskestørrelsen på dets omgivende, men er i stand til at vokse videre.

Faseseparation som nøglemekanisme

Et kraftfuldt koncept til at forklare væksten af ​​sådanne kondensater er faseseparation. Kort, afhængigt af forholdene, to stoffer vil enten blandes eller sameksistere adskilt fra hinanden. Flere faktorer kan påvirke faseseparation i biologi, såsom pH, koncentration, eller temperatur. I modellen, forskerne brugte en temperaturmodulation til at undersøge effekten af ​​faseseparation og dråbedannelse. Sænker langsomt systemets temperatur, en spontan nukleation af oliedråber blev observeret, som voksede sig større med tiden ved at absorbere materialet omkring dem. Interessant nok, ved en hurtigere kølehastighed mere, men mindre dråber forekommer. Derfor, den hastighed, hvormed en ekstern påvirkningsfaktor ændrer sig, spiller en afgørende rolle i strukturdannelsen.

"Med vores model, vi beskriver, hvordan den molekylære sammensætning kan arrangeres på mikroskalaen på en elastisk matrix "opsummerer David Zwicker, seniorforfatter af undersøgelsen og gruppeleder ved MPIDS. Med hensyn til effekten af ​​temperaturmodulation, tilføjer han, at "vi forventer lignende adfærd for biomolekylære kondensater, der ofte dannes som et svar på ændringer i temperaturen, pH, eller proteinkoncentration i celler. "Modellen danner grundlag for at beskrive dannelsen af ​​mikroskopiske mønstre i både teknisk og biologisk kontekst.

Undersøgelsen blev offentliggjort i Procedurer fra National Academy of Sciences .