Separación de fases en una membrana sintética. Crédito:Caitlin Cornell / Universidad de Washington
Las células, los componentes básicos de nuestro cuerpo, están encapsuladas por membranas. Lo mismo ocurre con los compartimentos especializados dentro de nuestras células.
Estas membranas son extremadamente delgadas, películas aceitosas, que contiene proteínas y moléculas grasas llamadas lípidos. Por décadas, Los científicos han discutido sobre cómo las membranas celulares se organizan y mantienen distintas regiones enriquecidas en tipos particulares de proteínas y lípidos. Se cree que estas regiones influyen en las actividades celulares, como la señalización que controla tanto el crecimiento celular normal como el crecimiento de células cancerosas.
En un artículo publicado el 5 de diciembre en la Revista biofísica , Los científicos de la Universidad de Washington muestran por primera vez que la distribución compleja de moléculas dentro de la membrana de una célula de levadura viva surge a través de la desmezcla. También conocido como separación de fases, la desmezcla es un proceso físico simple que es similar a la acción que hace que las gotas de aceite se separen del vinagre en un aderezo para ensaladas.
"Las celdas tienen una caja de herramientas con una variedad de recursos para ayudarlas a completar una variedad de tareas, "dijo la autora principal Sarah Keller, profesor de química de la Universidad de Washington. "Al asociarse con Alex Merz, un profesor de bioquímica de la Universidad de Washington y un experto en levaduras, hemos demostrado que la separación de fases es una de esas herramientas para dar forma a las membranas y sus funciones dentro de un sistema vivo ".
Una vacuola de una cepa de levadura modificada genéticamente en la que las proteínas de la membrana brillan con fluorescencia. Keller y su equipo han demostrado que las regiones con manchas oscuras dentro de la membrana se forman a través de la separación de fases, también conocido como demixing. Crédito:Alex Merz / Universidad de Washington
Los investigadores de la Universidad de Washington se inspiraron en imágenes de una cepa de levadura modificada genéticamente en la que las proteínas de la membrana brillaban con fluorescencia. Las proteínas se iluminaron intracelular, compartimentos delimitados por membranas llamados vacuolas. Las vacuolas parecían bolas verdes en miniatura con dibujos de lunares oscuros. Esos lunares los investigadores se dieron cuenta, parecía casi idéntico a las regiones de membrana que surgen de la separación de fases en dos tipos de sistemas no vivos:simple, membranas artificiales creadas en un laboratorio y membranas desprendidas de células sometidas a estrés severo.
"Las membranas de los sistemas vivos contienen muchos tipos diferentes de grasas, proteínas y otras moléculas, "dijo el coautor principal Scott Rayermann, un profesor de UW Tacoma que realizó esta investigación cuando era un estudiante de doctorado en química de la UW. “Cada uno de estos tipos de moléculas alberga diferentes propiedades físicas y químicas con el potencial de afectar las propiedades de la membrana en su conjunto. Nosotros y otros grupos hemos planteado la hipótesis de que esta variedad de moléculas permitiría que las membranas se separen en fases por composición en regiones discretas. "
Primero, el equipo descubrió que los lunares que aparecen en las membranas de las vacuolas pueden fusionarse rápidamente. Este comportamiento es consistente con las fases fluidas, al igual que las gotas en un aderezo para ensaladas de aceite y vinagre recién agitado se fusionan rápidamente cuando chocan. Próximo, el equipo descubrió que la separación de fases en las membranas de las vacuolas de levadura depende de la temperatura. Cuando los investigadores calentaron la levadura por encima de los 90 grados Fahrenheit, las dos fases líquidas se fusionaron en una:los lunares desaparecieron. A medida que las células de levadura se enfriaron de nuevo a temperatura ambiente, reaparecieron las regiones separadas por fases.
Una imagen de lapso de tiempo de una sola vacuola de levadura. La flecha blanca indica una región en la que dos dominios de membrana comienzan a fusionarse. Crédito:Alex Merz / Universidad de Washington
"Los científicos nunca habían demostrado anteriormente que los líquidos separados por fases puedan coexistir en las membranas de las células vivas, "dijo el coautor principal Glennis Rayermann, estudiante de doctorado en química de la UW. "Para mostrar que se produce la separación de fases, tuvimos que rastrear de manera confiable la distribución de proteínas dentro de las membranas, muestran que formaron regiones como en sistemas artificiales y que estas regiones se fusionarían en respuesta a las condiciones ambientales cambiantes ".
Ahora que los investigadores han demostrado que las membranas vivas pueden sufrir una separación de fases, Se necesita trabajo futuro para mostrar cómo las células regulan la separación de fases. Esto podría ser a través de la acción de genes, condiciones ambientales o una combinación de factores.
"Nuestro hallazgo de que la separación de fases puede impulsar la organización de la membrana en la levadura sugiere que procesos similares pueden operar en otras células, incluidas las células humanas, "dijo Merz." De nuevo, vemos el poder de los sistemas modelo como la levadura, moscas de la fruta y gusanos en nuestra exploración de la fisiología fundamental. UW ha estado a la vanguardia de la genética de levaduras y la biología celular durante más de 60 años ".
"Existe un potencial increíble aquí para descubrir cómo se forman y mantienen estructuras únicas los diferentes tipos de células, y cómo se forman las diferentes estructuras incluso dentro de la misma célula, "dijo Keller.
