L'esistenza di organelli privi di membrana è una delle caratteristiche intriganti e fondamentali della biologia cellulare. Gli organelli liquidi, noti anche come condensati biomolecolari, sono compartimenti subcellulari formati dalla separazione di fase di macromolecole come proteine ​​e RNA. Questi compartimenti svolgono diverse funzioni cellulari, che vanno dal traffico di membrana all'elaborazione dell'RNA. Una questione fondamentale nella biologia cellulare è come questi organelli liquidi, privi di membrana circostante, mantengano la loro integrità ed evitino di fondersi tra loro nell’ambiente affollato della cellula. Sono stati proposti diversi meccanismi per spiegare la coesistenza di organelli liquidi:

Separazione di fase: La separazione di fase liquido-liquido è guidata da deboli interazioni tra macromolecole specifiche, come proteine ​​intrinsecamente disordinate e molecole di RNA. Questo processo comporta la formazione di goccioline concentrate all'interno della cellula distinte dal citoplasma circostante.

Proteine ​​per impalcature: Alcune proteine ​​fungono da impalcature o organizzatori che facilitano l'assemblaggio e la stabilità degli organelli liquidi. Queste proteine ​​forniscono una struttura strutturale che tiene insieme i componenti dell’organello liquido e impedisce loro di disperdersi. Gli esempi includono proteine ​​​​dell'impalcatura come FUS e TDP-43 nei granuli di stress.

Effetti di carica: Le molecole cariche, incluso l'RNA e alcune proteine, possono contribuire alla stabilità degli organelli liquidi attraverso interazioni elettrostatiche. Le molecole con carica opposta si attraggono e formano complessi che promuovono la formazione e il mantenimento di goccioline separate da fasi.

Interfacce liquido-liquido: Le interfacce tra diversi organelli liquidi possono fungere da barriere che impediscono loro di fondersi. Queste interfacce possono essere stabilizzate da vari fattori, inclusi cambiamenti nella tensione superficiale, specifiche interazioni molecolari o la presenza di proteine ​​associate alla membrana.

Modifiche post-traduzionali: La regolazione dinamica delle modifiche proteiche, come la fosforilazione, l'acetilazione e la metilazione, può influenzare il comportamento di separazione di fase delle proteine ​​e influenzare la formazione e la stabilità degli organelli liquidi. Le modifiche post-traduzionali possono alterare le interazioni proteiche e la loro tendenza a subire la separazione di fase.

Compartimentalizzazione cellulare: La compartimentazione delle cellule in regioni distinte, come il nucleo, il citoplasma e vari organelli legati alla membrana, può ulteriormente contribuire alla coesistenza di organelli liquidi. Diversi compartimenti cellulari forniscono ambienti unici con proprietà biochimiche specifiche che influenzano la formazione e la stabilità degli organelli liquidi.

Questi meccanismi lavorano insieme per mantenere l'organizzazione spaziale e la funzionalità degli organelli liquidi all'interno delle cellule. Le interruzioni di questi meccanismi possono portare alla fusione aberrante di organelli liquidi, che è stata implicata in varie malattie, compresi i disturbi neurodegenerativi. Comprendere i meccanismi che garantiscono la coesistenza degli organelli liquidi è fondamentale per comprendere l'organizzazione e la funzione cellulare, nonché per sviluppare potenziali strategie terapeutiche mirate a queste strutture nella malattia.