Uma imagem de microscopia de fluorescência de duas cores mostra gotículas líquidas feitas de uma proteína rica em arginina e um RNA rico em purinas. As gotículas azuis e vermelhas são feitas dos mesmos materiais (proteínas e RNA), mas marcado com diferentes corantes para ajudar na visualização. Em muitos lugares, as gotículas - flutuando livremente em uma solução - coexistem, mas não se misturam. Crédito:Ibraheem Alshareedah / Priya Banerjee Laboratory
Novas pesquisas podem ajudar a explicar um fenômeno intrigante dentro das células humanas:como organelas líquidas sem parede são capazes de coexistir como entidades separadas, em vez de apenas se fundirem.
Essas estruturas, chamadas organelas sem membrana (MLOs), são gotículas líquidas feitas de proteínas e RNA, com cada gota contendo ambos os materiais. As organelas desempenham um papel crucial na organização do conteúdo interno das células, e pode servir como um centro de atividade bioquímica, recrutar moléculas necessárias para realizar reações celulares essenciais.
Mas como gotas diferentes se mantêm separadas umas das outras permanece um mistério. Por que eles sempre não se combinam para formar gotas maiores?
“Essas organelas não têm membrana, e, portanto, a intuição comum diria que eles são livres para se misturar, "diz Priya Banerjee, Ph.D., professor assistente de física na University at Buffalo College of Arts and Sciences.
Banerjee é o pesquisador-chefe do novo estudo, que explora por que isso não acontece.
Os co-autores da pesquisa incluem primeiro autor e Ph.D. em física. estudante Ibraheem Alshareedah; Ph.D. em física estudante Taranpreet Kaur; graduação Jason Ngo; Hannah Seppala, estudante de física e matemática; graduação em engenharia biomédica Liz-Audrey Djomnang Kounatse; e os pesquisadores de pós-doutorado em física Wei Wang e Mahdi Moosa. Todos são do UB.
As gotículas não se misturam facilmente se assumirem um estado de gel
Os resultados - publicados em 22 de agosto no Jornal da American Chemical Society - apontar para a estrutura química da proteína e das moléculas de RNA dentro das gotículas como um fator-chave que pode impedir a mistura dos MLOs.
A equipe descobriu que certos tipos de RNA e proteínas são "mais pegajosos" do que outros, permitindo-lhes formar gotículas gelatinosas que não se fundem facilmente com outras gotículas no mesmo estado viscoelástico. Especificamente, gotículas são mais propensas a serem semelhantes a gel quando contêm moléculas de RNA ricas em um bloco de construção chamado purina, e proteínas ricas em um aminoácido chamado arginina.
Os alunos de PhD da Universidade de Buffalo, Taranpreet Kaur (à esquerda) e Ibraheem Alshareedah, preparam uma câmara de fluxo microfluídico para experimentos. A microfluídica permite a manipulação rápida de gotículas de proteína sob armadilhas ópticas - uma técnica usada para conduzir o novo estudo. Crédito:Douglas Levere / University at Buffalo
Os experimentos não aconteceram em células. Em vez de, os resultados foram baseados em testes feitos em sistemas modelo consistindo de RNA e uma proteína formadora de gotículas chamada fused in sarcoma (FUS) flutuando em uma solução tampão.
Uma razão pela qual o FUS é de interesse dos pesquisadores é sua conexão potencial com a doença neurodegenerativa esclerose lateral amiotrófica (ELA). Como Banerjee explica, Moléculas de proteína ricas em arginina estão associadas a uma forma prevalente da doença, conhecido como ALS mediado por c9orf72.
"Nossa descoberta aponta para um papel especial das proteínas ricas em arginina na determinação do estado material - líquido vs. gel - de organelas sem membrana, "Banerjee diz." Este estudo pode ser importante para entender como as proteínas ricas em arginina ligadas a ALS podem alterar o estado viscoelástico de MLOs ricos em RNA. "
Além de fornecer informações sobre por que os MLOs resistem à mistura (devido à viscoelasticidade aprimorada), o estudo investigou o papel do RNA na formação e dissolução de organelas líquidas contendo FUS. A pesquisa descobriu que, para o tipo de gota em estudo, adicionar baixas concentrações de RNA a uma solução contendo as proteínas causou a formação de gotículas. Mas à medida que mais RNA foi adicionado, as gotas então se dissolveram.
"Normalmente, há uma janela muito pequena onde essas gotículas existem, mas a janela é significativamente mais ampla para proteínas ricas em arginina, "Banerjee diz.
A complicada vida das organelas líquidas
O novo artigo é o mais recente de uma série de estudos que o grupo de Banerjee conduziu para explorar as forças que governam a criação, manutenção e dissolução de MLOs.
Embora a equipe use sistemas de modelo para examinar as propriedades individuais das gotas, é provável que muitas forças trabalhem juntas em uma célula para determinar o comportamento e a função das organelas, ele diz. Pode haver vários outros mecanismos, por exemplo, que fazem com que os MLOs adquiram um estado gelatinoso ou se recusem a se misturar.
"As células são extremamente complexas, com muitas moléculas diferentes passando por processos diferentes que se juntam ao mesmo tempo para influenciar o que acontece dentro dos MLOs, "Banerjee diz." Usando sistemas de modelos, somos capazes de entender melhor como uma determinada variável pode impactar a formação e dissolução dessas organelas. E esperamos ver essas mesmas forças em ação na natureza, dentro das células. "
