Membraanloze organellen zijn kleine druppeltjes in een enkele cel, dacht alles te regelen van verdeeldheid, naar beweging, tot zijn vernietiging. Een beter begrip van deze mysterieuze structuren zou de sleutel kunnen zijn tot het ontsluiten van een hele reeks medische aandoeningen, inclusief ontwikkelingsstoornissen, kinderkanker en ouderdomsziekten.

Nieuw onderzoek van de School of Engineering &Applied Science aan de Washington University in St. Louis, gepubliceerd in het tijdschrift eLife , onthult de principes die ten grondslag liggen aan de vorming en organisatie van membraanloze organellen.

"Als onze theorie en modellering correct zijn, we zouden deze organellen moeten kunnen ontwerpen zoals we willen, " zei Rohit Pappu, de Edwin H. Murty hoogleraar Engineering bij de afdeling Biomedical Engineering.

Eiwitmoleculen die de vorming van membraanloze organellen aansturen, zijn als parelkettingen. Ze bestaan ​​uit meerdere kleverige domeinen (de parels) verbonden door flexibele linkers (de ketting). Deze zogenaamde multivalente eiwitten komen samen om netwerken te vormen die bij elkaar worden gehouden door fysieke verknopingen tussen de kleverige domeinen. Het aantal domeinen binnen een molecuul draagt ​​bij aan het aantal verknopingen dat realiseerbaar is.

Echter, het fenomeen van crosslinking verklaart slechts de helft van het verhaal van hoe membraanloze organellen worden gevormd. Deze organellen worden ook wel "condensaten, omdat multivalente eiwitten eigenlijk condenseren om druppeltjes te vormen, en dit kan niet worden verklaard door alleen verknoping.

Pappu's team vroeg zich af of het vermogen om bolvormige druppeltjes te vormen wordt bepaald door de flexibele linkers die domeinen aan elkaar binden. In samenwerking met Michael Rosen van het Southwestern Medical Center van de Universiteit van Texas, Pappu en zijn collega's, postdoctorale fellows Tyler Harmon en Alex Holehouse, gebruikte computersimulaties en de theorie van de polymeerfysica om aan te tonen dat de sequentiespecifieke fysische eigenschappen van linkers direct bepalen of multivalente eiwitten gels vormen in bolvormige condensaten of gels zonder druppeltjes te vormen.

"We waren in staat om de sequentiekenmerken te identificeren die de vorming van bolvormige gels bevorderen, wat deze membraanloze organellen werkelijk zijn, Pappu zei. "Daarom zouden we druppels moeten kunnen ontwerpen met op maat gemaakte materiaaleigenschappen, en beginnen te begrijpen hoe en waarom specifieke soorten eiwitten druppelvorming stimuleren en hoe deze druppeltjes bijdragen aan cellulaire functies.

"In staat zijn om natuurlijk voorkomende structuren na te bootsen en te ontwerpen is de droom van biofysische engineering, en we zijn enthousiast over wat ons te wachten staat."