Populaire Berichten

Editor'S Choice - 2019

Levende celmembranen kunnen hun componenten zelf sorteren door ze te 'ontmengen'

Anonim

Cellen - de bouwstenen van ons lichaam - zijn ingekapseld door membranen. Hetzelfde geldt voor de gespecialiseerde compartimenten binnen onze cellen.

advertentie


Deze membranen zijn extreem dunne, olieachtige films, die eiwitten en vetmoleculen bevatten die lipiden worden genoemd. Tientallen jaren lang hebben wetenschappers beargumenteerd hoe celmembranen verschillende regio's die verrijkt zijn met bepaalde proteïnen en lipiden, organiseren en handhaven. Men denkt dat deze gebieden de cellulaire activiteiten beïnvloeden, zoals de signalering die zowel normale cellulaire groei als de groei van kankercellen regelt.

In een artikel dat op 5 december in het Biophysical Journal werd gepubliceerd, laten wetenschappers van de Universiteit van Washington voor het eerst zien dat de complexe verdeling van moleculen in een membraan van een levende gistcel ontstaat door ontmenging. Ook wel bekend als fasescheiding, ontmenging is een eenvoudig fysiek proces dat vergelijkbaar is met de actie die ervoor zorgt dat druppels van olie zich scheiden van azijn in een slasaus.

"Cellen hebben een gereedschapskist met een verscheidenheid aan hulpmiddelen om verschillende taken uit te voeren", zegt senior auteur Sarah Keller, een hoogleraar chemie van de UW. "Door samen te werken met Alex Merz, een UW-hoogleraar biochemie en een gistdeskundige, hebben we aangetoond dat fasescheiding een van die hulpmiddelen is om membranen en hun functies in een levend systeem te vormen."

De UW-onderzoekers werden geïnspireerd door afbeeldingen van een genetisch gemanipuleerde giststam waarin membraaneiwitten fluorescerend gloeiden. De eiwitten verlichtten intracellulaire, membraangebonden compartimenten, vacuolen genaamd. De vacuolen zagen eruit als miniatuur groene ballen met donkere stippen erop. Die stippen, zo realiseerden de onderzoekers, keken bijna identiek aan membraangebieden die ontstaan ​​door fasescheiding in twee soorten niet-levende systemen: eenvoudige, kunstmatige membranen gecreëerd in een laboratorium en membranen afgeworpen van cellen onder zware stress.

"De membranen van levende systemen bevatten veel verschillende soorten vetten, eiwitten en andere moleculen", zegt co-leadauteur Scott Rayermann, docent bij UW Tacoma die dit onderzoek uitvoerde toen hij UW-doctoraalstudent chemie was. "Elk van deze soorten moleculen herbergt verschillende fysische en chemische eigenschappen met de potentie om de eigenschappen van het membraan als geheel te beïnvloeden." Wij en andere groepen hebben de hypothese geopperd dat deze verscheidenheid aan moleculen het mogelijk zou maken dat membranen door samenstelling fasescheiden in afzonderlijke gebieden. "

Eerst ontdekte het team dat de stippen die op vacuolenmembranen verschijnen, snel kunnen samenvloeien. Dit gedrag is consistent met vloeibare fasen, net zoals druppels in een recentelijk geschud olie- en azijnslaapdressing snel coalesceren wanneer ze botsen. Vervolgens ontdekte het team dat fasescheiding in de membranen van gist-vacuolen afhankelijk is van de temperatuur. Toen de onderzoekers de gist boven 90 graden Fahrenheit opwarmden, fuseerden de twee vloeibare fasen zich tot één - de polkadots verdwenen. Terwijl de gistcellen weer tot kamertemperatuur werden afgekoeld, verschenen de fasegesepareerde gebieden weer.

"Wetenschappers hebben nog nooit eerder aangetoond dat fasescheidende vloeistoffen naast elkaar kunnen bestaan ​​in de membranen van levende cellen", zegt co-leadauteur Glennis Rayermann, een UW-doctoraatsstudent in de chemie. "Om aan te tonen dat fasescheiding optreedt, moesten we de distributie van eiwitten binnen membranen betrouwbaar volgen, laten zien dat ze regio's vormden zoals in kunstmatige systemen en dat deze regio's zouden fuseren als reactie op veranderende omgevingscondities."

Nu de onderzoekers hebben aangetoond dat levende membranen fasescheiding kunnen ondergaan, is toekomstig werk nodig om te laten zien hoe cellen fasescheiding reguleren. Dit kan zijn door de actie van genen, omgevingscondities of een combinatie van factoren.

"Onze bevinding dat fasescheiding de membraanorganisatie in gist kan stimuleren, suggereert dat vergelijkbare processen kunnen werken in andere cellen, inclusief menselijke cellen, " zei Merz. "Nogmaals, we zien de kracht van modelsystemen zoals gist, fruitvliegen en wormen bij onze verkenning van de fundamentele fysiologie." UW staat al meer dan 60 jaar aan het roer van gistgenetica en celbiologie. "

"Er is hier ongelooflijk veel potentieel om te ontsluiten hoe verschillende soorten cellen unieke structuren vormen en onderhouden - en hoe verschillende structuren zelfs binnen dezelfde cel worden gevormd, " zei Keller.

advertentie



Verhaal Bron:

Materiaal geleverd door de Universiteit van Washington . Opmerking: inhoud kan worden bewerkt voor stijl en lengte.


Journal Reference :

  1. Scott P. Rayermann, Glennis E. Rayermann, Caitlin E. Cornell, Alexey J. Merz, Sarah L. Keller. Kenmerken van reversibele scheiding van levende, onverstoorde celmembranen in twee vloeistof-fasen . Biophysical Journal, 2017; 113 (11): 2425 DOI: 10.1016 / j.bpj.2017.09.029