Membranlösa organeller är små droppar inuti en enda cell, tänkte reglera allt från division, till rörelse, till dess förstörelse. En bättre förståelse av dessa mystiska strukturer kan vara nyckeln till att låsa upp en mängd olika medicinska tillstånd, inklusive utvecklingsstörningar, barncancer och åldersrelaterade sjukdomar.

Ny forskning från School of Engineering &Applied Science vid Washington University i St. Louis, publicerad i tidningen eLife , avslöjar principerna bakom bildandet och organisationen av membranlösa organeller.

"Om vår teori och modellering är korrekt, vi borde kunna designa dessa organeller på det sätt vi vill, "sa Rohit Pappu, Edwin H. Murty professor i teknik vid Institutionen för biomedicinsk teknik.

Proteinmolekyler som driver bildandet av membranlösa organeller är som pärlhalsband. De består av flera klibbiga domäner (pärlorna) anslutna med flexibla länkar (halsbandet). Dessa så kallade multivalenta proteiner samlas för att bilda nätverk som hålls samman av fysiska tvärbindningar mellan de klibbiga domänerna. Antalet domäner i en molekyl bidrar till antalet tvärbindningar som är realiserbara.

Dock, fenomenet tvärbindning förklarar bara halva historien om hur membranlösa organeller bildas. Dessa organeller är också kända som "kondensat, "eftersom multivalenta proteiner faktiskt kondenserar för att bilda droppar, och detta kan inte förklaras med enbart tvärbindning.

Pappus team undrade om möjligheten att bilda sfäriska droppar bestäms av de flexibla länkar som knyter samman domäner till varandra. Arbetar med Michael Rosen från University of Texas Southwestern Medical Center, Pappu och hans kollegor, postdoktorer Tyler Harmon och Alex Holehouse, använde datasimuleringar och polymerfysikteori för att visa att de sekvensspecifika fysiska egenskaperna hos länkar direkt avgör om multivalenta proteiner bildar geler i sfäriska kondensat eller geler utan att bilda droppar.

"Vi kunde identifiera sekvensfunktionerna som främjar bildandet av sfäriska geler, vilket är vad dessa membranlösa organeller egentligen är, "Sa Pappu." Vi borde därför kunna designa droppar med skräddarsydda materialegenskaper, och börja förstå hur och varför specifika typer av proteiner driver droppbildning och hur dessa droppar bidrar till cellulära funktioner.

"Att kunna efterlikna och designa naturligt förekommande strukturer är drömmen om biofysisk teknik, och vi är glada över vad som väntar. "