25 de enero de 2022
Esta imagen de microscopía de fluorescencia muestra vacuolas de levadura que se han sometido a una separación de fases.Luther Davis/Alexey Merz/Universidad de Washington
Las membranas son cruciales para nuestras células. Cada célula de tu cuerpo está encerrada por una. Y cada una de esas células contiene compartimentos especializados u orgánulos, que también están encerrados por membranas.
Las membranas ayudan a las células a realizar tareas como descomponer los alimentos para obtener energía, construir y desmantelar proteínas, realizar un seguimiento de las condiciones ambientales, enviar señales y decidir cuándo dividirse.
Los biólogos han luchado durante mucho tiempo para comprender exactamente cómo las membranas realizan estos diferentes tipos de trabajos. Los componentes principales de las membranas (moléculas grandes parecidas a la grasa llamadas lípidos y moléculas compactas como el colesterol) constituyen grandes barreras. En casi todos los casos, no está claro cómo esas moléculas ayudan a las proteínas dentro de las membranas a hacer su trabajo.
en un papel publicado ene. En el número 25 de las Actas de la Academia Nacional de Ciencias, un equipo de la Universidad de Washington analizó la separación de fases en la levadura en ciernes, el mismo hongo unicelular famoso por hornear y elaborar cerveza, e informa que las células vivas de la levadura pueden regular activamente un proceso llamado separación de fases en una de sus membranas. Durante la separación de fases, la membrana permanece intacta pero se divide en múltiples zonas o dominios distintos que segregan lípidos y proteínas. Los nuevos hallazgos muestran por primera vez que, en respuesta a las condiciones ambientales, las células de levadura regulan con precisión la temperatura a la que su membrana experimenta la separación de fases. El equipo detrás de este descubrimiento sugiere que la separación de fases es probablemente un mecanismo de «interruptor» que estas células utilizan para controlar los tipos de trabajo que realizan las membranas y las señales que envían.
“Trabajo previo mostró que estos dominios se pueden ver en las membranas de las células de levadura vivas”, dijo la autora principal, Chantelle LeveleilIe, estudiante de doctorado en química de la UW. “Preguntamos: si es importante que una célula tenga estos dominios, entonces si cambiamos el entorno de la célula, haciéndolos crecer a diferentes temperaturas, ¿la célula ‘cuidaría’ y dedicaría energía a mantener la separación de fases en sus membranas? ¡La respuesta clara es sí, lo hace!”
Investigaciones anteriores han demostrado que cuando el azúcar es abundante, la vacuola de la célula de levadura, un orgánulo importante para el almacenamiento y la señalización, crece y su membrana parece uniforme bajo el microscopio. Pero cuando los suministros de alimentos disminuyen, la vacuola sufre una separación de fases y aparecen muchas zonas redondas en la membrana del orgánulo.
En este nuevo estudio, Leveille y sus coautores, profesor de química de la UW sarah keller, profesor de bioquímica de la UW alexey merz y Caitlin Cornell, anteriormente estudiante de doctorado en química de la UW, buscaron comprender si la levadura puede regular activamente la separación de fases. Leveille cultivó levadura a su temperatura típica de laboratorio de 86 F con mucha comida. Después de que el alimento disminuyó, las membranas de las vacuolas de las células de levadura sufrieron una separación de fases, como se esperaba. Cuando Leveille elevó brevemente la temperatura en el entorno de la levadura unos 25 grados Fahrenheit, los dominios desaparecieron. Luego, Leveille cultivó levadura a una temperatura más fría (77 F en lugar de los 86 F normales) y descubrió que los dominios desaparecían unos 25 grados por encima de esta nueva temperatura. Cuando cultivó levadura en condiciones aún más frías, a 68 F, la separación de fases volvió a desaparecer unos 25 grados por encima de su temperatura de crecimiento.
Estos experimentos mostraron que las células de levadura siempre mantuvieron la separación de fases en la membrana de la vacuola hasta que la temperatura se elevó unos 25 grados por encima de su temperatura de crecimiento.
“Creemos que esto es una señal clara de que las células de levadura están modificando la membrana de la vacuola en diferentes condiciones ambientales para mantener este estado constante de separación de fases”, dijo Leveille.
La separación de fases en la membrana de la vacuola probablemente cumple un propósito importante en la levadura, agregó.
“Este resultado sugiere que la separación de fases de la membrana para la levadura es probablemente una puerta de dos vías”, dijo Leveille. “Por ejemplo, si las células volvieran a encontrar comida, querrían volver a su estado original. Yeast no quiere alejarse demasiado de la transición”.
La investigación futura podría identificar otros componentes de la membrana que afectan la capacidad de la membrana de la vacuola para separarse en fases, así como las consecuencias de su separación de fases. Los biólogos han sabido que, cuando los dominios aparecen en la membrana de la vacuola de levadura, la célula deja de dividirse. Estos dos eventos pueden estar relacionados porque la membrana de la vacuola de levadura contiene dos complejos de proteínas que son importantes para la división celular. Cuando los complejos están muy separados, la división celular se detiene.
“La separación de fases en la vacuola ocurre justo cuando la célula de levadura necesita dejar de dividirse porque se ha agotado su suministro de alimentos”, dijo Merz. «Una idea es que la separación de fases es el mecanismo que la célula de levadura ‘utiliza’ para separar estos dos complejos de proteínas y detener la división celular».
En las células, desde la levadura hasta los humanos, los complejos de proteínas incrustados en las membranas afectan el comportamiento celular. Si investigaciones adicionales muestran que la separación de fases en la vacuola de levadura regula la división celular, probablemente sería el primer ejemplo riguroso de regulación celular a través de esta propiedad de las membranas que alguna vez se pasó por alto.
“La separación de fases podría ser un mecanismo reversible común para modular muchos, muchos tipos de propiedades celulares”, dijo Keller.
Cornell es ahora investigador postdoctoral en la Universidad de California, Berkeley. La investigación fue financiada por los Institutos Nacionales de Salud y la Fundación Nacional de Ciencias.
Para obtener más información, comuníquese con Keller en [email protected] y Merz en [email protected].
Etiquetas: Alex Merz • Biología Celular • Facultad de Artes y Ciencias • Departamento de Bioquímica • Departamento de Química • sarah keller • escuela de Medicina
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