Los nuevos mapas en 3D de la distribución del agua durante la fusión de la membrana celular están acelerando la comprensión científica del desarrollo celular, lo que podría conducir a nuevos tratamientos para las enfermedades asociadas con la fusión celular. Utilizando la difracción de neutrones en el Laboratorio Nacional Oak Ridge del Departamento de Energía, los investigadores han logradoprimeras observaciones directas de agua en bicapas lipídicas utilizadas para modelar la fusión de la membrana celular.
La investigación, publicada en Revista de Cartas de Química Física , podría proporcionar nuevos conocimientos sobre enfermedades en las que se interrumpe la fusión celular normal, como la enfermedad de Albers-Schönberg osteopetrosis, ayudar a facilitar el desarrollo de terapias celulares basadas en fusión para enfermedades degenerativas y conducir a tratamientos que eviten-fusión celular entre células cancerosas y células no cancerosas.
Cuando dos células se combinan durante la fecundación, o una vesícula unida a la membrana se fusiona durante la entrada viral, la señalización neuronal, el desarrollo placentario y muchas otras funciones fisiológicas, las bicapas de membrana semipermeables entre los socios de fusión deben fusionarse para intercambiar sus contenidos internos.A medida que las dos membranas se acercan, las fuerzas de hidratación aumentan exponencialmente, lo que requiere una cantidad significativa de energía para que las membranas superen. El mapeo de la distribución de las moléculas de agua es clave para comprender el proceso de fusión.
Los investigadores utilizaron el instrumento de dispersión de neutrones de ángulo pequeño EQ-SANS en la fuente de neutrones de espalación de ORNL y el instrumento biológico de dispersión de neutrones de ángulo pequeño Bio-SANS en el Reactor de isótopos de alto flujo, ambos pueden sondear estructuras como pequeñascomo unos pocos nanómetros de tamaño.
"Usamos neutrones para sondear nuestras muestras, porque los rayos X no suelen ver el agua y otras técnicas de imagen no pueden capturar con precisión el proceso extremadamente rápido y dinámico de fusión celular", dijo Durgesh K. Rai, coautor y ahora asociado postdoctoral en la Fuente de Sincrotrón de Alta Energía de Cornell en la Universidad de Cornell. "Además, los neutrones fríos de baja energía en EQ-SANS y Bio-SANS no causarán daño por radiación ni introducirán radicales quepuede interferir con la química de los lípidos, como pueden hacer los rayos X ".
El mapa de densidad del agua de los investigadores indica que el agua se disocia de las superficies lipídicas en la fase laminar inicial o en capas. En la fase de fusión intermedia, conocida como hemifusión, el agua se reduce significativamente y se comprime en los bolsillos alrededor de un tallo.un "puente" lipídico altamente curvado que conecta dos membranas antes de que ocurra la fusión por completo
"Para los experimentos de dispersión de neutrones, reemplazamos algunos de los átomos de hidrógeno del agua con átomos de deuterio, lo que ayudó a los neutrones a observar las moléculas de agua durante la fusión de la membrana", dijo Shuo Qian, autor correspondiente del estudio y científico de dispersión de neutrones en ORNL."La información que obtuvimos podría ayudar en futuros estudios de fármacos que actúan sobre la membrana, proteínas asociadas a la membrana y péptidos en un complejo de membrana".
La investigación fue apoyada por la Oficina de Ciencia del DOE y el programa de Investigación y Desarrollo Dirigido por Laboratorio ORNL.
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Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional de Oak Ridge . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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