El estudio analiza la acción singular del ARN en una fase en constante cambio de la dinámica celular

El estudio analiza la acción singular del ARN en una fase en constante cambio de la dinámica celular

BUFFALO, NY – El ARN está en el centro de atención por su papel clave en la tecnología de vacunas de vanguardia, pero las moléculas de ARN son actores clave en el funcionamiento interno de las células.

Esta hazaña de ARN poco explorada es el tema de un nuevo estudio dirigido por la Universidad de Buffalo publicado el 6 de noviembre en Nature Chemistry.

El trabajo examina el papel que desempeña la temperatura cuando las moléculas de ARN se separan de fases para formar condensados ​​similares a geles físicamente distintos. Estos condensados, estructuras especializadas, no membranosas, participan en diversos procesos celulares y están asociados con trastornos neurodegenerativos.

En última instancia, el estudio nos ayuda a pensar de nuevas maneras sobre la biología, la biofísica y otros campos de estudio.

«La separación de fases de biomoléculas ha revolucionado nuestro pensamiento sobre cómo las células compartimentan los procesos», dice Priya Banerjee, PhD, profesora asistente en el Departamento de Física de la Facultad de Artes y Ciencias de la UB, quien dirigió el estudio. «La mayoría de los estudios se han centrado en las proteínas, con la idea de que las proteínas forman estos condensados ​​similares a líquidos, y estamos muy interesados ​​en lo que hace el ARN en este proceso. Hasta ahora, los estudios se han limitado a examinar cómo el ARN regula la separación de fases de las proteínas. , por lo que se considera que el ARN desempeña un papel más regulador.

Rohit Pappu, PhD, es de la Escuela de Ingeniería Biomédica Jean K. de la Universidad de Washington en St. Louis. El estudio se realizó en colaboración con Venkat Gopalan, Ph.D., Profesor Distinguido Bear y Profesor de Química y Bioquímica en la Universidad Estatal de Ohio.

El Instituto Nacional de Ciencias Médicas Generales de los Institutos Nacionales de Salud, la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea, la Colaboración de Investigación St. Jude sobre la Biofísica de los Gránulos RNP y el Instituto Henry M. Este trabajo fue apoyado por la Fundación Jackson para el Avance. Medicina Militar.

Banerjee y Gable Wadsworth, investigador postdoctoral en el laboratorio de Banerjee y primer autor del estudio, estaban intrigados por cómo el ARN podría liberarse de su función reguladora y marcar su propio ritmo. A través de un esfuerzo de investigación sistemático, llegaron a la conclusión de que todas las moléculas de ARN tienen un comportamiento de fase de temperatura crítica de solución baja (LCST), donde la separación de fases se favorece a temperaturas más altas. Lo que realmente les sorprendió fue que el polifosfato, la columna vertebral del ARN aparte de las nucleobases y el grupo ribosa, también mostró un comportamiento de fase LCST.

Para llegar al fondo de este fenómeno observado, Banerjee y Wadsworth se asociaron con Pappu y su grupo para comprender los mecanismos subyacentes al comportamiento.

«Usamos cálculos y nuestra comprensión teórica de los comportamientos de la fase LCST y nos dimos cuenta de que lo que Banerjee y sus colegas estaban observando era una combinación de los dos procesos», dice Pappu. «La columna vertebral de fosfato y los iones soluto se disuelven con el aumento de temperatura. La pérdida de agua de hidratación de los restos complementarios induce a las moléculas de ARN a buscarse entre sí, y los iones forman puentes entre grupos fosfato dentro y entre diferentes moléculas para permitir la separación de fases.

Como resultado, las fases condensadas se convierten en redes físicamente reticuladas, y los grupos de Pappu y Banerjee descubrieron juntos que la red proporcionada por fuertes interacciones entre moléculas de ARN permite un comportamiento diferente de las fases al calentarse o enfriarse. En particular, el equipo descubrió que bajar la temperatura puede provocar condensaciones persistentes. El laboratorio de Banerjee también trabajó con el laboratorio de Gopalan para comprender cómo las interacciones entre la formación de condensado y la separación de fases y la percolación afectan las funciones de las enzimas de ARN primitivas.

«El ARN tiene este interesante termómetro, por así decirlo, que detecta los cambios de temperatura», dice Banerjee. «Este estudio es una nueva dirección en la forma en que pensamos sobre la separación de fases moleculares en general y puede conducir a nuevos conocimientos de la biología, la biofísica, la ciencia de los materiales y los orígenes de la vida».

Pappu añade que el comportamiento de la fase termosensible del ARN podría utilizarse en una variedad de aplicaciones, desde el procesamiento y el almacenamiento de la memoria hasta los biomateriales.

Universidad de Washington en San Luis

Shawn Ballard
Especialista en comunicación
Teléfono: 314-935-0454
amandamos.ballard@wustl.edu

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