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A pesquisa revela características que influenciam a separação de fases
As últimas descobertas destacam o papel que a solubilidade e a carga da proteína desempenham no processo. Um artigo sobre o trabalho foi publicado hoje na Nature Chemistry .
Por Washington University em St. Louis - 20/12/2021


Análise de composição e covariação do conteúdo aromático de hnRNPA1. a, Sequência de aminoácidos e estatísticas de composição para o PLCD do WT A1-LCD. b, Histograma bidimensional que quantifica as covariações nas frações de Tyr versus resíduos de Phe em PLCDs (homólogos A1-LCD). c, Diagrama do tipo de conteúdo aromático e colocação nas variantes. Os números ao lado de cada esquema indicam o número de resíduos de um determinado tipo. Barras verticais nos esquemas indicam as posições dos resíduos Phe (marrom) e Tyr (amarelo). d, Imagens de contraste de interferência diferencial mostrando gotículas de líquido denso. As condições da solução eram HEPES 20 mM, NaCl 150 mM, pH 7,0. e, Binodais de variantes A1-LCD em função da temperatura em HEPES 20 mM, NaCl 150 mM, pH 7,0. f, concentrações de saturação da variante A1-LCD medidas a 4 ° C. Crédito: Nature Chemistry (2021). DOI: 10.1038 / s41557-021-00840-w

Cientistas do Hospital St. Jude Children's Research e da Universidade de Washington em St. Louis estão dissecando os princípios fundamentais da separação de fases biológicas, um processo que é um dos principais mecanismos que governam como as células são organizadas. As últimas descobertas destacam o papel que a solubilidade e a carga da proteína desempenham no processo. Um artigo sobre o trabalho foi publicado hoje na Nature Chemistry .

As células classificam e separam proteínas e outros componentes por meio de separação de fases. As interações entre proteínas intrinsecamente desordenadas, notáveis ​​por sua falta de estrutura, podem levar à separação de fases. Quando o processo dá errado, pode contribuir para doenças neurológicas e câncer.

Em um estudo anterior, os pesquisadores criaram um modelo de adesivos e espaçadores para separação de fases. Os adesivos são elementos adesivos na sequência de DNA e todos os outros resíduos de aminoácidos são espaçadores. As novas descobertas revelam mais sobre o que adesivos e espaçadores específicos fazem para conduzir a separação de fases e o papel da solubilidade e carga da proteína na orientação do processo.

"Agora temos um conceito que nos permite saber o que os adesivos e espaçadores estão fazendo em cada contexto de sequência, em vez de ter que estudar cada sequência individual separadamente", disse a coautora Tanja Mittag, Ph.D., St. Jude Departamento de Biologia Estrutural. "Para os espaçadores, queríamos entender o que esses resíduos carregados fazem especificamente, mas também como as características físico-químicas que são determinadas pela composição conservada das proteínas intrinsecamente desordenadas conduzem o comportamento da fase."

"Este trabalho mostra as complexidades ocultas inerentes aos domínios de baixa complexidade", disse o autor cocorrespondente Rohit Pappu, Ph.D., Universidade de Washington em St. Louis. "Hierarquias de intensidades de interação são codificadas no nível de sequência e utilizadas para gerar comportamentos emergentes, como separação de fases. Com a análise quantitativa da energética relevante, podemos começar a usar cálculos para prever os efeitos das mutações e do processamento pós-transcricional na fase comportamentos de domínios de baixa complexidade, avançando assim em direção ao entendimento das conexões entre mutações e doenças. "

Com base no modelo de adesivos e espaçadores

Este trabalho se baseia em trabalhos anteriores de Mittag e Pappu, que levaram ao modelo de adesivos e espaçadores. Um artigo sobre esse trabalho demonstrou como as regiões de interação ou adesivos nas proteínas intrinsecamente desordenadas conduzem a separação de fases.

A equipe descobriu que a forma como os adesivos são organizados na sequência e intercalados por espaçadores é essencial para a separação de fases. Conhecer a identidade dos adesivos e a dimensão da cadeia da proteína permitiu à equipe determinar a força das interações entre adesivos e, assim, prever a separação da fase da proteína.

Este novo trabalho investiga mais profundamente as regras que orientam a separação de fases. Em particular, eles investigaram as diferenças entre os tipos específicos de adesivos e resíduos de espaçador.

"O modelo é lindamente simples; há adesivos e espaçadores", disse a coautora Anne Bremer, Ph.D., Departamento de Biologia Estrutural de St. Jude. "Mas há uma complexidade oculta codificada nas sequências. Nem todos os espaçadores são iguais e eles determinam o comportamento da fase de acordo com o quanto gostam de interagir com o solvente."

Características naturais que governam a separação de fases

Os pesquisadores identificaram diferenças nos comportamentos dos adesivos tirosina e fenilalanina, em particular que a tirosina é um adesivo mais forte. Eles também descobriram que a arginina pode ser um adesivo, de uma forma dependente do contexto.

Os pesquisadores também mostraram que a carga geral positiva ou negativa de uma proteína desempenha um papel na rapidez com que a fase se separa. Os pesquisadores estudaram um tipo de região de proteína intrinsecamente desordenada de proteínas de ligação de RNA. Esta região tende a conter resíduos de arginina carregados positivamente. Os cientistas descobriram que algumas cargas negativas auxiliam na separação de fases, mas em excesso a reduzem porque o aumento da carga por resíduo aumenta a solubilidade. Isso mostra que os espaçadores contribuem para o comportamento da fase por meio de seus efeitos na solubilidade.

"Quando tentamos explicar a separação de fases com este modelo, não ficou claro por que algumas proteínas têm comportamento de fase mais forte ou mais fraco", disse o coautor Wade Borcherds, Ph.D., Departamento de Biologia Estrutural de St. Jude. "Mas descobrimos que quanto maior a carga líquida geral de uma proteína, seja ela positiva ou negativa, foi um dos fatores mais importantes para determinar com que rapidez ela se separaria de fases."

Este trabalho também fornece uma base conceitual para a compreensão das modificações que acontecem após a tradução, que são importantes para a regulação celular. Isso inclui a fosforilação, que muda a carga líquida de uma proteína. As proteínas são frequentemente fosforiladas de forma aberrante em processos de doenças. Se vários eventos de fosforilação ocorrerem em uma sequência de proteína, isso pode alterar a força motriz para a separação de fases .

 

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