Le cellule, i mattoni del nostro corpo, sono incapsulate dalle membrane. Lo stesso vale per i compartimenti specializzati all'interno delle nostre cellule.

Queste membrane sono estremamente sottili, pellicole oleose, contenenti proteine ​​e molecole di grasso chiamate lipidi. Per decenni, gli scienziati hanno discusso su come le membrane cellulari organizzano e mantengono regioni distinte arricchite in particolari tipi di proteine ​​e lipidi. Si pensa che queste regioni influenzino le attività cellulari, come la segnalazione che controlla sia la normale crescita cellulare che la crescita delle cellule cancerose.

In un articolo pubblicato il 5 dicembre su Giornale Biofisico , gli scienziati dell'Università di Washington mostrano per la prima volta che la complessa distribuzione delle molecole all'interno di una membrana di una cellula di lievito vivente avviene attraverso la smiscelazione. Conosciuto anche come separazione di fase, la smiscelazione è un semplice processo fisico simile all'azione che fa separare le goccioline di olio dall'aceto in un condimento per insalata.

"Le cellule hanno una cassetta degli attrezzi con una varietà di risorse per aiutarle a completare una varietà di compiti, " ha detto l'autore senior Sarah Keller, un professore di chimica della UW. "Collaborando con Alex Merz, un professore di biochimica della UW ed esperto di lieviti, abbiamo dimostrato che la separazione di fase è uno di quegli strumenti per modellare le membrane e le loro funzioni all'interno di un sistema vivente".

I ricercatori dell'UW sono stati ispirati dalle immagini di un ceppo di lievito geneticamente modificato in cui le proteine ​​di membrana brillavano in modo fluorescente. Le proteine ​​si illuminano intracellulari, compartimenti delimitati da membrana chiamati vacuoli. I vacuoli sembravano palline verdi in miniatura con motivi a pois scuri. Quei pois, i ricercatori hanno realizzato, sembrava quasi identica alle regioni di membrana che derivano dalla separazione di fase in due tipi di sistemi non viventi:semplici, membrane artificiali create in laboratorio e membrane rilasciate da cellule sottoposte a grave stress.

"Le membrane dei sistemi viventi contengono molti tipi diversi di grassi, proteine ​​e altre molecole, " ha detto il co-autore Scott Rayermann, un docente presso UW Tacoma che ha condotto questa ricerca quando era uno studente di dottorato in chimica UW. "Ognuno di questi tipi di molecole ospita diverse proprietà fisiche e chimiche con il potenziale di influenzare le proprietà della membrana nel suo insieme. Noi e altri gruppi abbiamo ipotizzato che questa varietà di molecole consentirebbe alle membrane di separarsi in fasi per composizione in regioni discrete. "

Primo, il team ha scoperto che i pois che appaiono sulle membrane dei vacuoli possono fondersi rapidamente. Questo comportamento è coerente con fasi fluide, proprio come le goccioline in un condimento per insalata di olio e aceto agitato di recente si uniscono rapidamente quando si scontrano. Prossimo, il team ha scoperto che la separazione di fase nelle membrane dei vacuoli di lievito dipende dalla temperatura. Quando i ricercatori hanno riscaldato il lievito sopra i 90 gradi Fahrenheit, le due fasi liquide si fusero in una:i pois svanirono. Quando le cellule di lievito sono state raffreddate a temperatura ambiente, ricomparvero le regioni separate in fase.

"Gli scienziati non avevano mai dimostrato in precedenza che i liquidi separati in fase possono coesistere nelle membrane delle cellule viventi, " ha detto il co-autore Glennis Rayermann, uno studente di dottorato in chimica UW. "Per mostrare che si verifica la separazione di fase, dovevamo tracciare in modo affidabile la distribuzione delle proteine ​​all'interno delle membrane, mostrano che hanno formato regioni come nei sistemi artificiali e che queste regioni si sarebbero fuse in risposta alle mutevoli condizioni ambientali".

Ora che i ricercatori hanno dimostrato che le membrane viventi possono subire una separazione di fase, sono necessari lavori futuri per mostrare come le cellule regolano la separazione di fase. Ciò potrebbe avvenire attraverso l'azione dei geni, condizioni ambientali o una combinazione di fattori.

"La nostra scoperta che la separazione di fase può guidare l'organizzazione della membrana nel lievito suggerisce che processi simili possono operare in altre cellule, comprese le cellule umane, " disse Merz. "Di nuovo, vediamo il potere dei sistemi modello come il lievito, moscerini della frutta e vermi nella nostra esplorazione della fisiologia fondamentale. UW è in prima linea nella genetica dei lieviti e nella biologia cellulare da oltre 60 anni".

"Qui c'è un potenziale incredibile per sbloccare come diversi tipi di cellule formano e mantengono strutture uniche e come si formano strutture diverse anche all'interno della stessa cellula, " ha detto Keller.