Oamenii de știință de la Universitatea din Pittsburgh și Carnegie Mellon au rezolvat un mister vechi de zeci de ani despre modul în care celulele își controlează dimensiunea.
Camere aglomerate: Cum au rezolvat misterul celulei cercetătorii de la Universitatea Carnegie Mellon și de la Universitatea din Pittsburgh.
Un videoclip suprarealist cu celule stresate sub microscop a inspirat un grup de fiziologi și biologi de rinichi Universitatea din Pittsburgh Si Universitatea Carnegie Mellon Pentru a investiga un mister: cum își controlează celulele dimensiunea?
Cercetarea lor a fost publicată recent în jurnal celulăcare arată cum cercetătorii au conectat punctele într-un puzzle care a fost introdus inițial în urmă cu trei decenii cu puțin noroc.
„Făceam experimente de imagistică cu fluorescență în direct, fără legătură cu acest studiu, iar când am adăugat soluția de sare în celule, citoplasma interioară s-a transformat rapid într-o lampă de lavă fluorescentă”, a spus Daniel Schwarsky, doctor, cercetător postdoctoral. Un cercetător la Universitatea Carnegie Mellon, el descrie modul în care el și soția sa, co-autorul principal Carrie Boyd-Schwarsky, MD, au transformat o parte a experimentului într-o descoperire neașteptată.
În acest videoclip, kinazele WNK (un tip de enzimă) fluoresc și circulă în întreaga celulă. Când este expus la o soluție de sare, se adună în picături mai mari, arătând ca substanța verde strălucitoare dintr-o lampă cu lavă. Acest proces, numit „separare de fază”, este modul în care celula știe că trebuie să returneze atât apa, cât și ionii, revenind la starea lor inițială în câteva secunde. Credit: Boyd-Shiwarski, et al., The Cell (2022)
„M-am uitat la ea”, a spus el, „și ea m-a întrebat ce se întâmplă, așa cum trebuia să știu”. Și am spus: „N-am idee, dar cred că ar putea fi ceva important!” „
Când celulele sunt expuse brusc la un factor de stres extern, cum ar fi niveluri ridicate de sare sau zahăr, ele pot scădea în volum. La începutul anilor 1990, oamenii de știință credeau că celulele își restabilesc cumva volumul urmărind concentrația lor de proteine sau cât de „aglomerată” este celula. Cu toate acestea, nu erau conștienți de cât de aglomerată se putea simți temnița.
De la stânga la dreapta: D. Daniel Schwarsky, Dr. Arohan Subramanya și Dr. Carrie Boyd Schwarsky. Credit: Jake Carlson/UPMC
Apoi, la începutul anilor 2000, With-No-Lizin Kinaze, sau „WNK”, au fost identificate ca un nou tip de enzimă. Ani de zile, oamenii de știință au presupus că kinazele WNK inversează contracția celulară, dar modul în care au făcut acest lucru nu a fost explicat.
Noul studiu rezolvă ambele mistere dezvăluind modul în care kinazele WNK activează un „comutator” care readuce volumul celular la homeostazie printr-un proces cunoscut sub numele de separare de fază.
a spus autorul principal Arohan R. Subramanya, MD, profesor asistent in Renal-Electrolyte Division la Pitt College of Medicine si un medic generalist in Virginia-Pittsburgh Health Care System. „Dar a existat această schimbare de paradigmă în gândirea noastră despre modul în care funcționează citosolul. Este într-adevăr ca o emulsie cu o grămadă de aglomerări și picături de proteine și apoi, când are loc stres precum supraaglomerarea, acestea se adună împreună în picături mari pe care le puteți vedea adesea. cu un microscop.”
Acele picături asemănătoare lichidelor erau „lampa de lavă” pe care Schwarsky și Boyd Schwarsky o vedeau în acea zi fatidică când au experimentat cu adăugarea unei soluții de sare în celule. Ei au marcat fluorescent WNK-urile, care s-au răspândit în citosol, făcând ca întreaga celulă să strălucească. Când s-a adăugat sare, WNK-urile s-au aglomerat, formând globule mari, verzi-neon, care se scurg în jurul celulei ca gunoiul dintr-o lampă cu lavă.
Echipa a descris ceea ce vedeau ca o separare fazică, adică atunci când WNK se condensează în picături cu molecule care activează transportatorii de sare în celulă. Acest pas permite celulei să importe atât ioni, cât și apă, readucerea volumului celulei la starea inițială în câteva secunde.
Separarea fazelor este un domeniu de interes emergent, dar dacă acest proces este sau nu o parte importantă a funcției celulare a fost controversat.
„Există o mulțime de oameni care nu cred că separarea fazelor este relevantă din punct de vedere fiziologic”, a explicat Boyd Schwarsky, MD, profesor asistent la departamentul de electroliți de la Colegiul de Medicină Pitt. „Ei cred că este ceva care se întâmplă într-o eprubetă atunci când supraexprimați proteinele sau că se întâmplă ca un proces de boală, dar nu se întâmplă de fapt în celulele normale sănătoase”.
Dar, în ultimii șase ani, echipa a efectuat mai multe studii folosind stres similar cu fluctuațiile care apar în corpul uman pentru a arăta că separarea de fază a WNK este un răspuns funcțional la aglomerare.
Restaurarea volumului celular are implicații pentru sănătatea umană, a explicat Subramanya, de asemenea: „Unul dintre motivele pentru care suntem atât de încântați este că următorul pas pentru noi este să punem asta înapoi în rinichi”.
Alte WNK activează transportul de sare în celulele tubulare renale atunci când nivelurile de potasiu sunt scăzute prin formarea de condensatoare specializate prin separarea fazelor, numite corpuri WNK. Dietele occidentale moderne sunt adesea sărace în potasiu, așa că în timp ce încearcă să regleze volumul celulelor, corpurile WNK pot contribui la hipertensiunea sensibilă la sare.
Deși noua descoperire nu va avea aplicații clinice imediate, echipa este încântată să ia ceea ce a învățat și să exploreze legăturile dintre WNK, separarea fazelor și sănătatea umană. În cele din urmă, munca lor poate duce la o mai bună înțelegere a modului de prevenire a accidentelor vasculare cerebrale, a hipertensiunii arteriale și a tulburărilor de echilibru a potasiului.
Referință: „WNK Kinases Sensing Molecular Crowding and Rescue Cell Size Across Phase Separation” de Carrie R Boyd-Schwarsky, Daniel J Schwarsky, Sean E. Griffiths, Rebecca T Beecham, Logan Norrell, Daryl E Morrison, John Wang, Jacob Mann, William Tennant, Eric N. Anderson, Jonathan Franks Michael Calderon, Kelly A. Connolly, Muhammed Omar Cheema, Claire J. Weaver, Lubeca J. Nkashama, Claire C. Wickerly, Kathryn E. Keery, Odi Pandey, Christopher J. Donnelly, Dandan Sun, Aileen R. Rodan și Arohan R. Subramanya, 31 octombrie 2022, celulă.
DOI: 10.1016/j.cell.2022.09.042
Studiul a fost finanțat de Institutul Național de Sănătate și Departamentul Afacerilor Veteranilor din SUA.
„Organizator. Scriitor general. Prieten al animalelor de pretutindeni. Specialist în cultură pop. Expert în internet amator. Explorator.”