Het interieur van een menselijke cel bestaat uit gedeeltelijk, van een complexe soep van miljoenen moleculen.

Een manier waarop deze biologische verbindingen georganiseerd blijven, is door membraanloze organellen (MLO's) - wandloze vloeistofdruppels gemaakt van eiwitten en RNA die samenklonteren en gescheiden blijven van de rest van de cellulaire stoofpot.

Je kunt deze vloeistofcompartimenten beschouwen als oliedruppels in water. MLO's vergemakkelijken de opslag van moleculen in cellen en kunnen dienen als een centrum van biochemische activiteit, rekruteren van moleculen die nodig zijn om essentiële cellulaire reacties uit te voeren.

Hoewel deze druppeltjes overvloedig aanwezig zijn in cellen, ze vertegenwoordigen een opkomend vakgebied in celbiologie. Er is weinig bekend over hoe ze worden gemaakt en onderhouden met unieke functionaliteiten.

Om deze kenniskloof aan te pakken, een laboratorium van een universiteit in Buffalo gebruikt geavanceerde wetenschappelijke technieken om de fundamentele eigenschappen van de werking van MLO's te onderzoeken. Het onderzoek wordt geleid door Priya R. Banerjee, doctoraat, een assistent-professor natuurkunde aan het UB College of Arts and Sciences.

In een paper gepubliceerd op 21 augustus in Wetenschappelijke rapporten , Banerjee en collega's melden dat MLO's zeer gevoelig kunnen zijn voor het niveau van divalente kationen in cellen. Dit is belangrijk omdat tweewaardige calcium- en magnesiumionen helpen bij cellulaire signalering en van vitaal belang zijn voor het leven.

Bij experimenten, MLO's die zowel eiwitten als RNA bevatten, worden gevormd wanneer tweewaardige kationen in lage concentraties worden gevonden. Maar toen de concentraties van deze kationen hoog waren, vloeibare organellen die alleen RNA-moleculen bevatten, hadden de voorkeur. De tests werden systematisch uitgevoerd met behulp van gecontroleerde modelsystemen die eiwit- en RNA-moleculen bevatten die in een bufferoplossing drijven.

"Het is interessant omdat je de basisingrediënten niet hebt veranderd, " zegt Banerjee. "Maar als je de ionische omgeving verandert, je vindt dat deze organellen zeer afstembaar zijn. Ze 'switchen' van het ene type naar het andere, waarbij elk type een duidelijk intern ontwerp heeft."

De studie werd geleid door Banerjee en Ashok Deniz, doctoraat, universitair hoofddocent integratieve structurele en computationele biologie bij Scripps Research, een medische onderzoeksinstelling zonder winstoogmerk.

Het team toonde aan dat fluctuaties in divalente kationen de vloeibare eigenschappen van MLO's diepgaand kunnen afstemmen, het veranderen van de interne omgeving van de druppel. Dit is belangrijk omdat wordt aangenomen dat cellen bepaalde MLO-functionaliteit besturen door hun interieurontwerp te veranderen. Het concept van afstembare intracellulaire druppelorganellen wordt momenteel actief onderzocht in het laboratorium van Banerjee aan de UB.

In een apart artikel dat eerder in 2019 werd gepubliceerd, Banerjee en collega's onderzochten een andere fundamentele eigenschap van MLO's:omstandigheden die ervoor zorgen dat dergelijke druppeltjes overschakelen van een vloeistof, vloeibare toestand naar een hardere, gelachtige toestand.

"Het concept dat eiwit- en nucleïnezuurdruppels als organellen in een cel kunnen functioneren, heeft het paradigma van celbiologie, dat in een leerboek is geschreven, veranderd. Banerjee zegt. "Er kwamen rapporten uit verschillende laboratoria over de hele wereld dat MLO's relevant zijn voor genregulatie, bescherming van cellen tijdens stress, immuunrespons en vele andere biologische functies, evenals ziekten zoals neurologische aandoeningen en kanker. Daarom, begrijpen hoe MLO's worden gevormd, afgestemd en gewijzigd in ziekten zijn nu van cruciaal belang in het veld."