Vissa proteiner i celler kan separeras till små droppar som oljedroppar i vatten, men fel i denna process kan ligga bakom neurodegenerativa sjukdomar i äldre människors hjärnor. Nu, Rutgers forskare har utvecklat en ny metod för att kvantifiera proteindroppar som är involverade i dessa sjukdomar.

Den nya tekniken, som samtidigt kvantifierar ytspänningen och viskositeten, eller tjocklek, av proteindroppar, kommer att hjälpa forskare att studera hur de förändras, öppnar vägen för förbättrad förståelse av mekanismerna för dessa sjukdomar och utvecklingen av läkemedelsbehandlingar.

Studien visas i tidskriften Biofysiska rapporter .

Det Rutgers-ledda teamet studerade biomolekylära kondensat, som är vätskedroppar som uppstår genom vätske-vätskefasseparation av proteiner och RNA inuti celler i en process som liknar hur olja bildar droppar i vatten.

Materialegenskaperna hos dessa proteindroppar är viktiga eftersom de spelar en central roll i neurodegenerativa sjukdomar som amyotrofisk lateralskleros (ALS) och Alzheimers och Parkinsons sjukdomar. Grundtanken är att vätskedroppar av vissa proteiner kan förändras till träskor, eller aggregat av molekyler, som är kännetecken för dessa sjukdomar.

Förvånande, det finns inga väletablerade metoder för att kvantifiera materialegenskaperna hos dessa proteindroppar, främst för att de är väldigt små – ungefär en biljondel av volymen av en regndroppe. Forskarna utvecklade en enkel metod, hämta inspiration från hur du dricker genom ett sugrör:sugtrycket i munnen och hastigheten som drycken strömmar i sugröret kan berätta vilken egenskap den flytande drycken har. Liknande, man kan mäta materialegenskaperna hos proteindroppar genom att titta på hur en droppe rör sig in och ut ur spetsen på ett litet glasrör som kallas mikropipett.

Forskarna tittade på droppar av vanliga vätskor som olja och vatten. Det visar sig att extremt tryck krävs för att flytta dem till en mikropipett för att övervinna den höga ytspänningen hos dessa vätskor i en så smal passage. Men när den spänningen väl är övervunnen, olje- och vattendroppar rör sig för snabbt för att kunna fångas på kameran på grund av deras låga viskositet. Forskarna fann, dock, att proteindroppar har precis rätt ytspänning och viskositet för att kunna studeras kvantitativt med hjälp av en mikropipett.

"Det faktum att vi kan tillämpa mikropipetttekniken för att noggrant mäta biomolekylära kondensat belyser en stor skillnad mellan proteindroppar och vanliga vätskor:ytspänningen hos proteindroppar är tusentals gånger lägre, medan deras viskositet är tusentals gånger högre än för olja eller vatten, " sa seniorförfattaren Zheng Shi, en biträdande professor vid institutionen för kemi och kemisk biologi vid Rutgers-New Brunswick.

"Vi kan nu äntligen studera på ett kvantitativt sätt hur materiella egenskaper hos proteindroppar förändras under neurodegeneration. Vi förväntar oss att denna teknik kommer att vara allmänt användbar och lösa flera begränsningar gällande nuvarande tillvägagångssätt. Den kommer att öppna dörrar för att reda ut mekanismerna samt underlätta terapeutiska framsteg vid behandling av dessa sjukdomar."