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

As células classificam e separam protea­nas e outros componentes por meio de separação de fases. As interações entre protea­nas intrinsecamente desordenadas, nota¡veis ​​por sua falta de estrutura, podem levar a  separação de fases. Quando o processo da¡ errado, pode contribuir para doenças neurolégicas e ca¢ncer.

Em um estudo anterior, os pesquisadores criaram um modelo de adesivos e espaa§adores para separação de fases. Os adesivos são elementos adesivos na sequaªncia de DNA e todos os outros resíduos de aminoa¡cidos são espaa§adores. As novas descobertas revelam mais sobre o que adesivos e espaa§adores específicos fazem para conduzir a separação de fases e o papel da solubilidade e carga da protea­na na orientação do processo.

"Agora temos um conceito que nos permite saber o que os adesivos e espaa§adores estãofazendo em cada contexto de sequaªncia, em vez de ter que estudar cada sequaªncia individual separadamente", disse a coautora Tanja Mittag, Ph.D., St. Jude Departamento de Biologia Estrutural. "Para os espaa§adores, quera­amos entender o que esses resíduos carregados fazem especificamente, mas também como as caracteri­sticas fa­sico-químicas que são determinadas pela composição conservada das protea­nas intrinsecamente desordenadas conduzem o comportamento da fase."

"Este trabalho mostra as complexidades ocultas inerentes aos doma­nios de baixa complexidade", disse o autor cocorrespondente Rohit Pappu, Ph.D., Universidade de Washington em St. Louis. "Hierarquias de intensidades de interação são codificadas nonívelde sequaªncia e utilizadas para gerar comportamentos emergentes, como separação de fases. Com a análise quantitativa da energanãtica relevante, podemos comea§ar a usar ca¡lculos para prever os efeitos das mutações e do processamento pa³s-transcricional na fase comportamentos de doma­nios de baixa complexidade, avaçando assim em direção ao entendimento das conexões entre mutações e doena§as. "

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

A equipe descobriu que a forma como os adesivos são organizados na sequaªncia e intercalados por espaa§adores éessencial para a separação de fases. Conhecer a identidade dos adesivos e a dimensão da cadeia da protea­na permitiu a  equipe determinar a força das interações entre adesivos e, assim, prever a separação da fase da protea­na.

"O modelo élindamente simples; hádesivos e espaa§adores", disse a coautora Anne Bremer, Ph.D., Departamento de Biologia Estrutural de St. Jude. "Mas háuma complexidade oculta codificada nas sequaªncias. Nem todos os espaa§adores são iguais e eles determinam o comportamento da fase de acordo com o quanto gostam de interagir com o solvente."

Os pesquisadores identificaram diferenças nos comportamentos dos adesivos tirosina e fenilalanina, em particular que a tirosina éum 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 protea­na desempenha um papel na rapidez com que a fase se separa. Os pesquisadores estudaram um tipo de regia£o de protea­na intrinsecamente desordenada de protea­nas de ligação de RNA. Esta regia£o 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 espaa§adores 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 protea­nas tem 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 la­quida geral de uma protea­na, 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 la­quida de uma protea­na. As protea­nas são frequentemente fosforiladas de forma aberrante em processos de doena§as. Se vários eventos de fosforilação ocorrerem em uma sequaªncia de protea­na, isso pode alterar a força motriz para a separação de fases .