Figura 1: La barrera de energía libre para la nucleación depende del grado de sobresaturación. La energía libre se muestra en función del tamaño de la masa en la parte superior de tres concentraciones, es decir, por debajo, en y por encima de la concentración de saturación. A medida que la concentración aumenta de saturar a saturar a sobresaturar, el signo de la diferencia de energía libre entre la molécula dentro y fuera del grupo cambia de positivo a negativo, y aparece una barrera de nucleación finita (Ec. (1)). El área gris dentro del binario es inestable, lo que significa que se requiere nucleación para formar grupos de fase densos que crecen hasta que se alcanza el equilibrio. El sistema blanco dentro de las espinas es inestable, lo que significa que la solución se descompone espontáneamente en fases diluidas y densas. Crédito: DOI: 10.1038 / s41467-021-24727-z
Los científicos del St. Jude Children’s Research Hospital están estudiando la separación de fases líquido-líquido (LLPS), un proceso biofísico mediante el cual las proteínas y los ácidos nucleicos se descomponen en una célula sin membrana. El trabajo proporciona una nueva perspectiva sobre cómo la fuerza de las fuerzas que impulsan la separación de fases está relacionada con la velocidad a la que ocurren. Los resultados se publicaron hoy en Conexiones con la naturaleza.
Las células necesitan clasificar y organizar proteínas y otros componentes. Una forma de hacer esto es a través de LLPS, un proceso similar a la forma en que se forman las gotas de aceite en el agua. Los orgánulos sin membrana, que son cuerpos celulares que se comportan como gotas de líquido, organizan proteínas específicas sin envolverlas con una membrana. En cambio, las proteínas están unidas entre sí por las fuerzas biofísicas que impulsan el LLPS.
Se sabe poco sobre cómo las biomoléculas pasan de una solución monofásica a una mezcla de dos fases, en un proceso llamado nucleación. Este proceso fue difícil de evaluar porque requería considerar escalas de tiempo muy rápidas (microsegundos a milisegundos). Como resultado, la mayoría de los estudios han analizado la evolución dentro de los sistemas que ya están en el sistema de dos fases (cómo se fusionan y crecen las gotas).
«Podemos ver durante estos puntos de tiempo muy tempranos que incluso las moléculas de proteínas individuales desordenadas que se separan en fase tienen propiedades muy diferentes a las proteínas desordenadas que no se separan en fase», dijo la coautora Tanya Mitag, Ph.D., St. Jude . Departamento de Biología Estructural.
Jude y otras investigaciones han demostrado que LLPS puede estar involucrado en enfermedades neurodegenerativas como la esclerosis lateral amiotrófica (ELA) y el cáncer. Una mejor comprensión de LLPS puede eventualmente conducir a oportunidades para apuntar a partes terapéuticas del proceso.
Las mediciones de tiempo en microsegundos brindan una nueva comprensión
La opinión predominante de LLPS en biología era que un cambio en las condiciones celulares podría conducir automáticamente a la nucleación, transformando una solución monofásica en una solución bifásica. En esta investigación, los científicos utilizaron un sistema simplificado, que contiene una sola proteína en agua y sal, para estudiar si el cambio realmente ocurrió de esta manera o si se necesitaban pasos adicionales para iniciar el proceso.
Usando una técnica llamada mezcla rápida, dispersión de rayos X de ángulo pequeño (TR-SAXS), los investigadores pudieron observar las primeras etapas del proceso. Examinaron la nucleación de un dominio priónico llamado A1-LCD de la proteína hnRNPA1. mutaciones de este proteína Provoca esclerosis lateral amiotrófica y otras enfermedades.
Los científicos mostraron cómo se forman los grupos de A1-LCD y cómo estos grupos conducen a LLPS. Los resultados indican que la nucleación contiene distintos pasos, diferenciados por el tamaño del grupo. Al observar grupos más pequeños (con algunas moléculas individuales), los científicos encontraron que el comportamiento de agregación difiere de la teoría clásica de nucleación. Es posible que estas desviaciones expliquen la razón Separación de fases Algunas biomoléculas pueden ocurrir en milisegundos, mientras que otras toman horas.
“Incluso en un sistema simplificado, aún debe considerar este tipo de efecto imperfecto en las primeras etapas de intentarel coautor Eric Martin, Ph.D., Departamento de Biología Estructural de St. Jude. Antes de comenzar a pensar en ensamblar la separación de fases o la condensación en las células, debe pensar en las cosas a nivel molecular. Habrá pasos iniciales para ese ensamblaje que no se tomaron en cuenta en modelos anteriores. »
Eric W. Martin et al., El proceso de nucleación de múltiples pasos determina la cinética de la separación de fases del dominio priónico, Conexiones con la naturaleza (2021). DOI: 10.1038 / s41467-021-24727-z
Introducción de
Hospital de Investigación Infantil St. Jude
La frase: Research Illuminate Phase 1 Chapter (2021, 26 de julio) Recuperado el 26 de julio de 2021 de https://phys.org/news/2021-07-illuminates-earliest-phase.html
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