Las interfaces juegan un papel importante en el comportamiento del condensado

Antes de mezclar un aderezo para ensaladas a base de aceite y vinagre, las gotas individuales de vinagre se ven fácilmente suspendidas en el aceite, cada una con un límite perfectamente circular que delimita los dos líquidos. De la misma manera, nuestras células contienen haces condensados ​​de proteínas y ácidos nucleicos llamados condensados ​​delineados por límites claros. Los límites se conocen como interfaces y dado que los condensados ​​se comunican entre sí a través de sus interfaces, las características estructurales de la interfaz son de gran interés.

Una nueva investigación ha descubierto características únicas de las interfaces de los condensados ​​modelo. Los hallazgos son relevantes porque las interfaces de características son relevantes para la siembra de conformaciones fibrilares que están asociadas con enfermedades neurodegenerativas como la esclerosis lateral amiotrófica (ELA).

Un equipo de investigadores dirigido por Rohit Pappu, Profesor Distinguido Gene K. Beare y Director del Centro de Condensados ​​Biomoleculares en la Escuela de Ingeniería McKelvey de la Universidad de Washington en St. Louis, se centró recientemente en definir las características a escala molecular de las interfaces de los condensados. . La investigación, impulsada por Mina Farag, MD/Ph.D. estudiante en el laboratorio de Pappu y primer autor del artículo, se generaron en colaboración con Tanja Mittag y su laboratorio en St. Jude Children’s Research Hospital. Los resultados fueron publicados en Comunicaciones de la naturaleza 13 de diciembre de 2022.

Un hallazgo sorprendente fue que las interfaces, que pueden parecer uniformes e infinitesimalmente delgadas en la imagen del vinagre en aceite, son gruesas y están definidas por preferencias específicas de forma y tamaño a nivel molecular, dijo Pappu. Dentro de los condensados, las moléculas están organizadas en una estructura de mundo pequeño que reconocemos fácilmente a partir de la estructura de red radial de los aeropuertos para las aerolíneas comerciales.

«Hay un tipo particular de conectividad que define la forma en que se organizan estas moléculas, y eso se debe a que tienen propiedades viscoelásticas que las hacen elásticas en escalas de tiempo cortas y viscosas en escalas de tiempo largas, como la masilla», dijo Pappu.

A medida que las moléculas de proteína atraviesan la interfaz, las formas y los tamaños de las moléculas cambian de una manera que son exclusivas de la interfaz, encontró la investigación del equipo.

«Hicimos una observación muy sorprendente de que las conformaciones, o las formas, de estas moléculas eran muy distintivas a medida que atraviesan la interfaz, y esos tipos de conformaciones las preparan para ser reactivas», dijo Pappu. «Eso puede ser bueno para facilitar las reacciones bioquímicas dentro de una célula, o ser perjudicial en el contexto de la ELA, donde la interfaz cataliza el crecimiento fibrilar en las neuronas motoras».

En el laboratorio de Pappu, Farag usó datos del laboratorio de Mittag para entrenar un modelo de aprendizaje automático que describe las interacciones entre las moléculas. Esto les permitió simular la formación de condensado en una computadora. Las simulaciones reproducen la condensación de 30 variantes diferentes de un dominio de proteína específico asociado con la ELA. Es importante destacar que el paradigma de la simulación ofrece una forma de diseñar proteínas con estructuras de condensado y propiedades interfaciales a medida.

«Creemos que las distintas preferencias conformacionales en las interfaces contribuyen a las bajas tensiones interfaciales de los condensados. Sin embargo, es probable que las químicas específicas de las diferentes interfaces permitan la selectividad funcional. Esto parece ser un término medio muy feliz entre la física y la química, como se obtuvo utilizando ingeniería- métodos basados».