Dentro de cada una de nuestras células hay un sistema de distribución que utiliza motores moleculares y filamentos para mover proteínas, orgánulos y otros pequeños trozos de carga a lo largo de su estructura interna, o citoesqueleto. Para lograr esta hazaña, los motores y filamentos deben tirar demembranas que rodean los paquetes de carga, pero estas membranas, hechas de moléculas grasas llamadas lípidos, son extremadamente resbaladizas.Los científicos se han preguntado durante mucho tiempo cómo la maquinaria de transporte molecular puede mantener su agarre.
El trabajo es importante porque el conocimiento de la ciencia básica de los motores moleculares y la mecánica de membranas puede traducirse en una mejor comprensión del desarrollo celular y tisular, la curación de heridas y las respuestas del sistema inmunológico, y cómo las células cancerosas se pueden propagar desde unun solo tumor a otras áreas del cuerpo.
Gracias a un proyecto de investigación colaborativo en Worcester Polytechnic Institute WPI y la Universidad de Pennsylvania Penn, la respuesta está comenzando a surgir. Dirigido por Erkan Tüzel, PhD, profesor asociado de física en WPI, y Michael Ostap, PhD, profesor de fisiología en el Instituto Muscular de Pensilvania y la Facultad de Medicina Perelman de Penn, el equipo está utilizando experimentos de laboratorio y modelos computacionales para estudiar las interacciones entre los motores hechos de una proteína llamada miosina-1, los filamentos hechos de la proteínaactina y las membranas. Sus hallazgos se informan en el artículo "Force Generation by Membrane-Associated Myosin-1" publicado en línea por Nature Informes científicos .
"Para mantener el agarre, estas moléculas de miosina-1 necesitan generar suficiente fuerza contra las membranas aceitosas", dijo Tüzel. "No está claro cómo lo hacen. Ahora podemos decir, 'sí, los números tienen sentidoy la física funciona. '"
Además de transportar carga, las células realizan una serie de funciones esenciales, desde secretar proteínas hasta dividirse en dos células hijas, que requieren la manipulación precisa de las membranas celulares. El trabajo se realiza mediante motores de miosina unidos a filamentos de actina, quedeben agarrar las membranas y tirar de ellas. Este trabajo proporciona información novedosa sobre cómo los motores mantienen su agarre.
Llegar al fondo de este misterio requirió las habilidades combinadas de Tüzel, un biofísico teórico que desarrolla algoritmos y modelos computacionales que simulan el comportamiento de sistemas complejos, incluidas las células vivas, y Ostap, un biofísico experimental que estudia los motores moleculares y otrosestructuras que alimentan las células. Comenzaron a colaborar después de reunirse en 2014 en la Conferencia de Investigación Gordon de Motores Musculares y Moleculares.
Para el estudio actual, Serapion Pyrpassopoulos, PhD, investigador del laboratorio de Ostap, ensartó moléculas de miosina-1 unidas a un filamento de actina entre dos perlas fluorescentes. La cola de la miosina se colocó en una esfera cubierta con lípidos utilizando técnicas desarrolladas porPyrpassopoulos.
El filamento de actina se movió de lado a lado con la ayuda de una trampa óptica. A medida que las moléculas de miosina-1 se estiraban y se deslizaban sobre la esfera, los investigadores midieron las fuerzas aplicadas a la esfera por la molécula. Tüzel y se graduaron de WPIel estudiante Göker Arpag? tomó los datos de esos experimentos de una sola molécula y desarrolló un modelo computacional que podría usarse para determinar qué se necesitaría para que las moléculas de miosina-1 manipularan efectivamente una membrana.
El modelo mostró que una sola molécula de miosina-1 agarrando una sola molécula de lípido en la membrana no es capaz de generar la fuerza necesaria para tirar con éxito de la membrana. De hecho, el modelo predice que se necesitarían entre 69 y 124 miosina-1 moléculas, todas unidas a un filamento de actina y trabajando juntas, para hacer el trabajo. El modelo también predice que las moléculas de miosina-1 se deslizarán sobre la superficie lipídica de la membrana a diferentes velocidades. Cuando algunos encuentran un área que es más fácil de agarrar, otros emigran allí y se aferran colectivamente, como un equipo de tira y afloja que se amontona en la cuerda donde gana un buen punto de apoyo.
"También vimos que las miosinas que se mueven más lentamente parecen ayudar a las que se deslizan más rápido al darles tiempo para moverse al área donde era más fácil de agarrar", señaló Tüzel.
Tüzel y Ostap continúan su colaboración, planificando nuevos experimentos basados en las predicciones del modelo de computadora. "Estos experimentos y modelos básicos son emocionantes porque nos brindan el marco para comenzar a hacer preguntas más fisiológicamente relevantes", agregó Ostap, "como lo que sucede con las propiedades generadoras de fuerza de la miosina cuando se adhiere a su carga celular ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Politécnico de Worcester . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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