Det inre av en mänsklig cell består av till viss del, av en komplex soppa av miljontals molekyler.

Ett sätt som dessa biologiska föreningar förblir organiserade är genom membranlösa organeller (MLO) – vägglösa vätskedroppar gjorda av proteiner och RNA som klumpar ihop sig och förblir åtskilda från resten av den cellulära grytan.

Du kan tänka på dessa vätskefack som liknar oljedroppar i vatten. MLO:er underlättar lagring av molekyler i celler och kan fungera som ett centrum för biokemisk aktivitet, rekrytera molekyler som behövs för att utföra väsentliga cellulära reaktioner.

Även om dessa droppar finns i mängder i celler, de representerar ett framväxande studieområde inom cellbiologi. Lite är känt om hur de skapas och underhålls med unika funktioner.

För att komma till rätta med denna kunskapslucka, ett universitet i Buffalo-laboratorium använder banbrytande vetenskapliga tekniker för att undersöka de grundläggande egenskaperna hos hur MLO:er fungerar. Forskningen leds av Priya R. Banerjee, Ph.D., en biträdande professor i fysik vid UB College of Arts and Sciences.

I en tidning publicerad den 21 augusti in Vetenskapliga rapporter , Banerjee och kollegor rapporterar att MLOs kan vara mycket känsliga för nivån av tvåvärda katjoner inuti celler. Detta är viktigt eftersom tvåvärda kalcium- och magnesiumjoner hjälper till med cellulär signalering och är avgörande för livet.

I experiment, MLO som innehåller både proteiner och RNA bildas när tvåvärda katjoner hittades i låga koncentrationer. Men när koncentrationerna av dessa katjoner var höga, flytande organeller som endast innehöll RNA-molekyler gynnades. Testerna utfördes systematiskt med hjälp av kontrollerade modellsystem innefattande protein- och RNA-molekyler som flyter i en buffertlösning.

"Det är intressant eftersom du inte har ändrat de grundläggande ingredienserna, " säger Banerjee. "Men när du ändrar jonmiljön, du upptäcker att dessa organeller är mycket avstämbara. De "växlar" från en typ till en annan, med varje typ som har en distinkt inre design."

Studien leddes av Banerjee och Ashok Deniz, Ph.D., docent i integrativ strukturell och beräkningsbiologi vid Scripps Research, en ideell medicinsk forskningsinstitution.

Teamet visade att fluktuationer i tvåvärda katjoner på djupet kan ställa in vätskeegenskaperna hos MLO, förändra den inre miljön hos droppen. Detta är viktigt eftersom celler tros styra viss MLO-funktionalitet genom att ändra sin inredning. Konceptet med avstämbara intracellulära dropporganeller undersöks för närvarande aktivt i Banerjees labb vid UB.

I en separat artikel publicerad tidigare under 2019, Banerjee och kollegor utforskade en annan grundläggande egenskap hos MLO:er:förhållanden som driver sådana droppar att byta från en vätska, flytande tillstånd till ett hårdare, gelliknande tillstånd.

"Konceptet att protein- och nukleinsyradroppar kan fungera som organeller i en cell har börjat förändra paradigmet för cellbiologi som är skrivet i en lärobok, " säger Banerjee. "Rapporter började dyka upp från flera olika laboratorier över hela världen om att MLO är relevanta för genreglering, skydd av celler under stress, immunsvar och många andra biologiska funktioner, samt sjukdomar som neurologiska störningar och cancer. Därför, förstå hur MLOs bildas, anpassade och förändrade i sjukdomar är av avgörande betydelse på området nu."