Dentro de las células, donde el ADN está empaquetado firmemente en el núcleo y las proteínas rígidas mantienen los intrincados sistemas de transporte en su camino, algunas moléculas tienen una forma más sencilla de establecer el orden. Pueden autoorganizarse, encontrarse en espacios abarrotados y fusionarse rápidamente engotitas, como aceite en agua.
Ahora, nuevos descubrimientos de los científicos del Instituto Médico Howard Hughes HHMI informaron el 5 de julio de 2018 en la revista ciencia demuestre que estas gotas hacen más que mantener ordenados los interiores de las células.
En un estudio, el investigador del HHMI Pietro De Camilli y sus colegas han demostrado cómo las gotas de líquido dentro de las neuronas mantienen las señales en el cerebro. En el otro, un equipo dirigido por el investigador del HHMI, Zhijian "James" Chen, ha descubierto que las gotas de un peligro:La enzima sensora genera señales que lanzan una respuesta inmune.
La formación de estas gotitas es un fenómeno conocido como separación de fases. En la última década, los biólogos han observado que las proteínas y las moléculas de ARN se organizan rápidamente en gotitas dentro de tubos de ensayo y gotitas en forma de líquido dentro de las células.
Pero no siempre ha estado claro qué ventajas, si las hay, proporcionan estas gotitas. Los nuevos descubrimientos de De Camilli y Chen ofrecen una respuesta: un vínculo claro entre la separación de fases y la función biológica.
gotitas neuronales
En su laboratorio de la Facultad de Medicina de Yale, De Camilli estudia cómo las neuronas gestionan los neurotransmisores que transmiten señales entre las células vecinas. En el interior de las células, estas moléculas de señalización residen en pequeñas esferas unidas a membranas llamadas vesículas sinápticas. Cuando llega un mensaje entrante,las vesículas liberan su contenido en la sinapsis, el espacio a través del cual una célula se comunica con su vecina.
Cada célula puede almacenar miles de vesículas en estructuras llamadas terminales nerviosas. A veces, una sola terminal puede necesitar liberar más de 100 vesículas sinápticas en un segundo. Por lo tanto, es crucial que las reservas sean fácilmente accesibles, dice De Camilli.
Utilizando un microscopio electrónico, los científicos han visto que las vesículas sinápticas se agrupan en estructuras compactas. En la década de 1980, como investigador postdoctoral en el laboratorio de Paul Greengard, De Camilli descubrió que estas agrupaciones están altamente enriquecidas en una proteína asociada con la vesícula.Los investigadores llamaron a la proteína sinapsina. "Presumimos que la sinapsina puede ayudar a mantener las vesículas unidas, pero nunca entendimos realmente cómo funcionaba", dice De Camilli.
Ninguna membrana o estructura encierra los cúmulos, y De Camilli dice que se preguntó durante décadas qué los mantenía unidos. Cuando se enteró de los descubrimientos de separación de fases de otros biólogos, sospechó que el fenómeno también podría aplicarse a la sinapsina.
Al investigador postdoctoral Dragomir Milovanovic le sorprendieron algunas características de la sinapsina que se asemejan a las de otras proteínas que pueden separarse en fases. Dejó caer una solución de moléculas de sinapsina fluorescentes en un cubreobjetos y las observó fusionarse rápidamente en gotas. De vez en cuando, dos gotas se fusionaban enuna, al igual que las gotas de aceite que se encuentran en el agua. En otros experimentos, Milovanovic observó moléculas de sinapsina individuales que se movían libremente entre las gotas. Tal como los científicos habían adivinado, la sinapsina se comportaba como un fluido.
Milovanovic continuó demostrando que la sinapsina puede incluso organizar estructuras similares a vesículas, como las que se encuentran dentro de las células nerviosas, en gotitas. Además, las gotitas se rompen rápidamente cuando se exponen a una señal que desencadena la liberación de neurotransmisores.hermosas gotas hasta el completo desensamblaje de las gotas ", dice De Camilli, explicando que esto imita la dispersión natural de las vesículas sinápticas que ocurre cuando las células nerviosas se comunican.
En las células nerviosas, las gotas de vesículas sinápticas ofrecen una clara ventaja, dice: un suministro listo de mensajeros de neurotransmisores. El hallazgo explica cómo las neuronas pueden mantenerse al día cuando la demanda de liberación de neurotransmisores es alta.
Una alerta inmunológica
En el Centro Médico de la Universidad de Texas Southwestern, el trabajo de Chen con gotas de líquido ayudó a explicar un rompecabezas diferente: cómo una enzima que detecta el ADN alerta al sistema inmunológico de una infección. Esa enzima es la GMP-AMP sintasa cíclica, o cGAS, que el laboratorio de Chendescubierto en 2012.
La enzima flota en el citoplasma de las células y se enciende cuando se encuentra con el ADN. Dado que los genes propios de una célula están contenidos en su núcleo y mitocondrias, el ADN en el citoplasma es una señal de que algo anda mal, por lo general, de que hay un patógeno presente.cGAS responde generando cGAMP, una molécula mensajera que llama a la primera línea de defensa del cuerpo, el sistema inmunológico innato, para contrarrestar la amenaza sospechada.
Algunas rarezas sobre el comportamiento de la enzima fueron, al principio, difíciles de explicar. ¿Por qué, por ejemplo, las moléculas de ADN largas la activaron de manera más eficiente que las cortas? Una pista provino de las motas concentradas de que Chen y sus colegas habían visto laforma enzima dentro de las células cuando se une al ADN. Quizás la enzima estaba experimentando una separación de fases, pensaron.
Efectivamente, cuando el estudiante graduado Mingjian Du mezcló cGAS y ADN en un tubo de ensayo, vio un comportamiento característicamente líquido. La enzima unida al ADN formaba gotas compactas, las moléculas se difundían de una gota a la siguiente y, ocasionalmente, dos gotas se fusionaban en una."Sospechamos que esto podría suceder, pero es bastante sorprendente cuando ves que sucede de una manera tan eficiente", dice Chen.
Los experimentos de Du establecieron que la enzima forma gotitas solo en presencia de ADN. Estas gotitas son críticas para la detección de patógenos; parecen actuar como microrreactores, uniendo la enzima con todo lo que necesita para generar la molécula mensajera que activa el sistema inmunológico,Chen dice. Las piezas más largas de ADN son mejores para promover la formación de gotas que las cortas.
Y debido a que el ADN debe estar presente por encima de un nivel umbral antes de que se formen estas gotas, cGAS rara vez llama al sistema inmunológico innato a actuar innecesariamente. Esperar hasta que haya suficiente ADN presente para desencadenar la separación de fases de manera efectiva permite que la enzima distinga a los amigos de los enemigos, dice Chen.
A veces, señala, las células no logran ese delicado equilibrio. Entonces, el cGAS y, en consecuencia, el sistema inmunológico, reaccionan de forma exagerada al propio ADN de una célula, lo que resulta en enfermedades autoinmunes como el lupus o la artritis. Comprender cómo la separación de fases regula esta enzima puedeayudar a los científicos a idear formas de corregir tales problemas.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Médico Howard Hughes . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
Referencias de revistas :
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