Naučnici koji pokušavaju da razumeju fizička i hemijska svojstva koja upravljaju biomolekularnim kondenzatima sada imaju ključan način da izmere pH i druga emergentna svojstva ovih zagonetnih, iako važnih, ćelijskih delova.
Kondenzati su zajednice proteina i nukleinskih kiselina. Nedostaje im membrana i spajaju se i raspadaju po potrebi. Nukleolus je istaknuti kondenzat u ćelijama. Služi vitalnu ulogu u ćelijskoj fiziologiji i mesto je proizvodnje ribozoma.
Ribozomi su višeproteinski i RNK sklopovi gde se genetski kod prevodi da bi se sintetizovali proteini. Oštećenje proizvodnje ribozoma i druge nukleolarne disfunkcije leže u srcu kancera, neurodegeneracije i razvojnih poremećaja.
U prvom na polju kondenzata, istraživači iz laboratorije Rohit Papu, uvaženi profesor biomedicinskog inženjeringa Gene K. Beare i kolege u Centru za biomolekularne kondenzate u McKelvei School of Engineering na Vašingtonskom univerzitetu u St. otkriti kako se sklapaju nukleolarne podstrukture.
Ova organizacija stvara jedinstvene pH profile unutar nukleola, koje su merili i upoređivali sa pH vrednostima obližnjih ne-nukleolarnih kondenzata, uključujući nuklearne mrlje i Cajal tela.
U studiji objavljenoj u Cell, autori navode da im različite proteinske kompozicije nukleola daju kiseli karakter, dok nuklearne mrlje imaju isti pH kao jezgro, a Cajal tela su bazičnija.
Na osnovu podataka o prostornoj proteomici iz laboratorije Eme Lundberg, vanredne profesorke bioinženjeringa na Univerzitetu Stanford, i novih algoritama koje je razvio Kiersten Ruff, naučnik istraživač osoblja u McKelveiu, i kolege u Pappu laboratoriji, tim je identifikovao jedinstvene „molekularne gramatike“ uključujući prisustvo proteina sa dugim kiselim traktovima kao ključnu karakteristiku mnogih nukleolarnih proteina.
Ovo, zaključio je tim, mora pomoći u prenošenju vodoničnih protona u nukleole (pH je merenje aktivnosti protona).
Kondenzati su poput okupljanja ljudi na kongresnom podu. Nema zidova koji ih drže na mestu, samo svetlucavi razgovori koje vodi nekoliko ključnih pojedinaca — „skele“. Zajednica molekula koji se spajaju omogućavaju pojavna svojstva u kondenzatima, poput unutrašnjeg pH u nukleolima.
Kondenzati se formiraju kroz proces koji tim sada naziva kondenzacijom. Ovo kombinuje razdvajanje faza – pomislite na mešanje ulja i vode – i lepljive interakcije između molekula koji vole da se vezuju jedni za druge.
„Kombinacija specifičnih interakcija i različitih profila rastvorljivosti definiše biomolekule. Kondenzacija uključuje sveukupnost ovih interakcija, a to dovodi do onoga što je poznato kao emergentna svojstva“, rekao je Metju King, postdoktorski saradnik u Pappu laboratoriji i glavni autor studije. papir.
Novo istraživanje pruža polaznu tačku za razumevanje kako pojavna svojstva, pri čemu je celina veća od zbira njenih delova, dovode do „fizičkohemijskih barkodova“ specifičnih za kondenzat, kaže King.
Razlike u pH između kondenzata i okolne nukleoplazme stvaraju gradijente, a „ph gradijent generiše ono što je poznato kao protonska pokretačka sila“, rekao je King.
Ova protonska pokretačka sila, koja se meri na -88 mJ po protonu, „mogla bi da olakša usmereno kretanje RNK i proteinskih molekula, što je ključni prvi korak u omogućavanju sastavljanja ribosoma“, dodao je King.
Dovođenje hemijskih sondi na pravo mesto u ćelijama i merenje kondenzata zahtevali su tehnološke inovacije koje su uključivale doprinose partnera na projektu McKelvei Michaela Vaheia, docenta biomedicinskog inženjerstva, i Matthev Lev-a, vanrednog profesora elektrotehnike i sistemskog inženjerstva.
Prema Papuu, ovaj rad „pruža elegantno rešenje za izazov koji mnogi biohemičari vide za koncept kondenzata“.
Ćelijske reakcije zahtevaju specifičnost. Svaka biohemijska reakcija mora se odvijati na pravom mestu, u pravo vreme i mora uključivati specifične skupove proteina i nukleinskih kiselina.
„Kondenzati su često kritikovani kao nespecifične mrlje“, rekao je Papu.
Zahvaljujući ovom novom istraživanju, te mrlje očigledno imaju specifična fizičko-hemijska svojstva.
„Sada imamo dokaze da različite kompozicione pristrasnosti kondenzata stvaraju različita fizičko-hemijska okruženja, a to bi moglo pružiti osnovu za biohemijsku specifičnost“, primetio je Pappu.
