Separação de fases em uma membrana sintética. Crédito:Caitlin Cornell / Universidade de Washington
As células - os blocos de construção de nossos corpos - são encapsuladas por membranas. O mesmo vale para os compartimentos especializados dentro de nossas células.
Essas membranas são extremamente finas, filmes oleosos, contendo proteínas e moléculas gordurosas chamadas lipídios. Por décadas, os cientistas discutiram sobre como as membranas celulares organizam e mantêm regiões distintas enriquecidas em tipos específicos de proteínas e lipídios. Acredita-se que essas regiões influenciam as atividades celulares, como a sinalização que controla o crescimento celular normal e o crescimento de células cancerosas.
Em um artigo publicado em 5 de dezembro na Biophysical Journal , Cientistas da Universidade de Washington mostram pela primeira vez que a complexa distribuição de moléculas dentro de uma membrana de uma célula de levedura viva surge por meio da desmistura. Também conhecido como separação de fases, A desmistura é um processo físico simples semelhante à ação que faz com que as gotas de óleo se separem do vinagre em um molho para salada.
"As células têm uma caixa de ferramentas com uma variedade de recursos para ajudá-las a completar uma variedade de tarefas, "disse a autora sênior Sarah Keller, um professor de química da UW. "Ao se associar a Alex Merz, professor de bioquímica da UW e especialista em leveduras, mostramos que a separação de fases é uma daquelas ferramentas para moldar as membranas e suas funções dentro de um sistema vivo. "
Vacúolo de uma cepa de levedura geneticamente modificada em que as proteínas da membrana brilham com fluorescência. Keller e sua equipe mostraram que as regiões com manchas escuras dentro da membrana se formam através da separação de fases, também conhecido como demixing. Crédito:Alex Merz / Universidade de Washington
Os pesquisadores da UW foram inspirados por fotos de uma cepa de levedura geneticamente modificada, na qual as proteínas da membrana brilhavam fluorescentemente. As proteínas se iluminaram intracelular, compartimentos ligados à membrana chamados vacúolos. Os vacúolos pareciam bolas verdes em miniatura com bolinhas escuras. Essas bolinhas, os pesquisadores perceberam, parecia quase idêntico às regiões de membrana que surgem da separação de fases em dois tipos de sistemas não vivos:simples, membranas artificiais criadas em um laboratório e membranas liberadas de células sob forte estresse.
"As membranas dos sistemas vivos contêm muitos tipos diferentes de gorduras, proteínas e outras moléculas, "disse o co-autor principal Scott Rayermann, um professor da UW Tacoma que conduziu essa pesquisa quando era estudante de doutorado em química na UW. “Cada um desses tipos de moléculas possui diferentes propriedades físicas e químicas com o potencial de afetar as propriedades da membrana como um todo. Nós e outros grupos formulamos a hipótese de que essa variedade de moléculas permitiria que as membranas se separassem por composição em regiões discretas. "
Primeiro, a equipe descobriu que as bolinhas que aparecem nas membranas de vacúolo podem se fundir rapidamente. Este comportamento é consistente com as fases fluidas, da mesma forma que as gotas em um molho de salada de azeite e vinagre recém-agitado se aglutinam rapidamente quando colidem. Próximo, a equipe descobriu que a separação de fases nas membranas dos vacúolos de levedura depende da temperatura. Quando os pesquisadores aqueceram a levedura acima de 90 graus Fahrenheit, as duas fases líquidas se fundiram em uma - as bolinhas desapareceram. Conforme as células de levedura foram resfriadas de volta à temperatura ambiente, as regiões separadas por fase reapareceram.
Uma imagem de lapso de tempo de um único vacúolo de levedura. A seta branca indica uma região na qual dois domínios de membrana começam a se aglutinar. Crédito:Alex Merz / Universidade de Washington
"Os cientistas nunca haviam mostrado que líquidos separados por fase podem coexistir nas membranas das células vivas, "disse o co-autor principal Glennis Rayermann, um estudante de doutorado em química da UW. "Para mostrar que ocorre separação de fases, tivemos que rastrear de forma confiável a distribuição de proteínas dentro das membranas, mostram que eles formaram regiões como em sistemas artificiais e que essas regiões se fundiriam em resposta às mudanças nas condições ambientais. "
Agora que os pesquisadores mostraram que as membranas vivas podem sofrer separação de fases, trabalhos futuros são necessários para mostrar como as células regulam a separação de fases. Isso pode ser por meio da ação dos genes, condições ambientais ou uma combinação de fatores.
"Nossa descoberta de que a separação de fases pode conduzir a organização da membrana na levedura sugere que processos semelhantes podem operar em outras células, incluindo células humanas, "disse Merz." De novo, vemos o poder dos sistemas modelo, como fermento, moscas-das-frutas e vermes em nossa exploração da fisiologia fundamental. UW está na vanguarda da genética de leveduras e da biologia celular há mais de 60 anos. "
"Há um potencial incrível aqui para desvendar como diferentes tipos de células se formam e mantêm estruturas únicas - e como diferentes estruturas são formadas mesmo dentro da mesma célula, "disse Keller.
