Levende cellemembraner kan selvsortere deres komponenter ved afblanding

Celler - byggestenene i vores kroppe - er indkapslet af membraner. Det samme gælder de specialiserede rum i vores celler.

Disse membraner er ekstremt tynde, fedtet film, indeholder proteiner og fedtmolekyler kaldet lipider. I årtier, forskere har diskuteret, hvordan cellemembraner organiserer og opretholder forskellige regioner beriget med særlige protein- og lipidtyper. Disse regioner menes at påvirke cellulære aktiviteter, såsom signaleringen, der styrer både normal cellulær vækst og væksten af ​​kræftceller.

I et papir udgivet 5. december i Biofysisk tidsskrift , forskere ved University of Washington viser for første gang, at den komplekse fordeling af molekyler inden for en membran i en levende gærcelle opstår ved afblanding. Også kendt som faseadskillelse, afblanding er en simpel fysisk proces, der ligner den handling, der får dråber af olie til at skille sig fra eddike i en salatdressing.

"Celler har en værktøjskasse med en række ressourcer til at hjælpe dem med at udføre en række opgaver, " sagde seniorforfatter Sarah Keller, en UW professor i kemi. "Ved at slå sig sammen med Alex Merz, en UW professor i biokemi og en gærekspert, Vi har vist, at faseadskillelse er et af de værktøjer til at forme membraner og deres funktioner i et levende system."

UW-forskerne blev inspireret af billeder af en genetisk manipuleret gærstamme, hvori membranproteiner fluorescerende glødede. Proteinerne lyste op intracellulært, membranbundne rum kaldet vakuoler. Vakuolerne lignede grønne miniaturekugler mønstret med mørke polkaprikker. De prikker, forskerne indså, så næsten identiske ud med membranområder, der opstår ved faseadskillelse i to typer ikke-levende systemer:simple, kunstige membraner skabt i et laboratorium og membraner fælder fra celler under alvorlig stress.

"Membraner i levende systemer indeholder mange forskellige typer fedtstoffer, proteiner og andre molekyler, " sagde co-lead forfatter Scott Rayermann, en underviser ved UW Tacoma, der udførte denne forskning, da han var en UW doktorand i kemi. "Hver af disse typer molekyler rummer forskellige fysiske og kemiske egenskaber med potentiale til at påvirke egenskaberne af membranen som helhed. Vi og andre grupper har antaget, at denne række forskellige molekyler ville tillade membraner at faseseparere ved sammensætning til diskrete områder. "

Først, holdet opdagede, at de polkaprikker, der vises på vakuolemembraner, hurtigt kan smelte sammen. Denne adfærd er i overensstemmelse med væskefaser, ligesom dråber i en nyligt rystet olie- og eddikesalatdressing hurtigt smelter sammen, når de støder sammen. Næste, holdet fandt ud af, at faseadskillelse i membranerne af gærvakuoler afhænger af temperaturen. Da forskerne opvarmede gæren til over 90 grader Fahrenheit, de to flydende faser smeltede sammen til én - prikkerne forsvandt. Da gærcellerne blev afkølet tilbage til stuetemperatur, de faseadskilte regioner dukkede op igen.

"Forskere havde aldrig tidligere vist, at faseseparerede væsker kan eksistere samtidigt i membraner i levende celler, "sagde medlederforfatter Glennis Rayermann, en UW doktorand i kemi. "For at vise, at faseadskillelse forekommer, vi var nødt til pålideligt at spore fordelingen af ​​proteiner i membraner, vise, at de dannede regioner som i kunstige systemer, og at disse regioner ville smelte sammen som reaktion på skiftende miljøforhold."

Nu hvor forskerne har vist, at levende membraner kan gennemgå faseadskillelse, fremtidigt arbejde er nødvendigt for at vise, hvordan celler regulerer faseadskillelse. Dette kan være gennem gener af handlinger, miljøforhold eller en kombination af faktorer.

"Vores opdagelse af, at faseadskillelse kan drive membranorganisering i gær, tyder på, at lignende processer kan fungere i andre celler, inklusive menneskelige celler, sagde Merz. Igen, vi ser kraften i modelsystemer såsom gær, frugtfluer og orme i vores udforskning af grundlæggende fysiologi. UW har været på forkant med gærgenetik og cellebiologi i over 60 år."

"Der er et utroligt potentiale her for at låse op for, hvordan forskellige typer celler danner og opretholder unikke strukturer - og hvordan forskellige strukturer dannes selv inden for den samme celle, " sagde Keller.