El ARN ha estado en el centro de atención por su papel protagónico en la tecnología de vacunas de vanguardia, pero las moléculas de ARN también son actores clave en el funcionamiento interno de las células.
Esta explotación de ARN menos explorada es el tema de un nuevo estudio dirigido por la Universidad de Buffalo y publicado el 6 de noviembre en Nature Chemistry. .
El trabajo examina el papel que juega la temperatura cuando las moléculas de ARN se separan de fases para formar condensados similares a geles físicamente distintos. Estos condensados son estructuras especializadas sin membranas que participan en diversos procesos celulares y se han asociado con trastornos neurodegenerativos.
En última instancia, el estudio podría ayudar a generar nuevas formas de pensar sobre la biología, la biofísica y otros campos de estudio.
"La separación de fases de biomoléculas ha revolucionado nuestra forma de pensar sobre cómo las células compartimentan los procesos", dice Priya Banerjee, Ph.D., profesora asociada en el Departamento de Física de la UB, dentro de la Facultad de Artes y Ciencias, 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 líquidos, y hemos estado muy interesados en lo que el ARN hace en este proceso. Hasta ahora, los estudios se han limitado a examinar cómo el ARN puede regular las proteínas. separación de fases, por lo que el ARN tiene un papel más regulador".
El estudio se realizó en colaboración con Rohit Pappu, Ph.D., profesor distinguido de ingeniería biomédica Gene K. Beare en la Universidad de Washington en St. Louis, y Venkat Gopalan, Phd, profesor de química y bioquímica en la Universidad Estatal de Ohio. /P>
Banerjee y Gable Wadsworth, investigador postdoctoral en el laboratorio de Banerjee y primer autor del estudio, quedaron intrigados por cómo el ARN podría romper su función reguladora y separarse por sí solo. A través de un esfuerzo de investigación sistemático, llegaron a la conclusión de que todas las moléculas de ARN parecen tener un comportamiento de fase de temperatura crítica de solución (LCST) más baja, donde la separación de fases se ve favorecida a altas temperaturas. Sin embargo, lo que realmente les sorprendió fue que el polifosfato, la columna vertebral del ARN desprovista de nucleobases y del 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 que sustentan el comportamiento.
"Utilizamos cálculos y parte de 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 dos procesos", dice Pappu. "La columna vertebral de fosfato y los iones de la solución se disuelven con el aumento de temperatura. La pérdida de agua de hidratación de las mitades complementarias hace que las moléculas de ARN se busquen 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, juntos, los grupos de Pappu y Banerjee descubrieron que la red proporcionada por fuertes interacciones entre las moléculas de ARN puede permitir un comportamiento diferente de las fases cuando se calienta o se enfría. 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 la formación de condensado y la interacción entre la separación de fases y la percolación impactan las funciones de una antigua enzima de ARN.
"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 de las moléculas en general, y podría conducir a una nueva comprensión de la biología, la biofísica, la ciencia de los materiales e incluso los orígenes de la vida".
Pappu añade que prevé utilizar el comportamiento de fase termosensible del ARN en una variedad de aplicaciones, desde el procesamiento y el almacenamiento de la memoria hasta los biomateriales.
Más información: Gable M. Wadsworth et al, Los ARN experimentan transiciones de fase con temperaturas de solución críticas más bajas, Nature Chemistry (2023). DOI:10.1038/s41557-023-01353-4
Información de la revista: Química de la naturaleza
Proporcionado por la Universidad de Buffalo
