Les interfaces jouent un rôle important dans le comportement du condensat

Avant de mélanger une vinaigrette à base d’huile et de vinaigre, les gouttes individuelles de vinaigre sont facilement visibles en suspension dans l’huile, chacune avec une limite parfaitement circulaire qui délimite les deux liquides. De la même manière, nos cellules contiennent des faisceaux condensés de protéines et d’acides nucléiques appelés condensats délimités par des limites claires. Les frontières sont connues sous le nom d’interfaces et étant donné que les condensats communiquent entre eux à travers leurs interfaces, les caractéristiques structurelles de l’interface présentent un intérêt significatif.

De nouvelles recherches ont découvert des caractéristiques uniques des interfaces des condensats modèles. Les résultats sont pertinents car les interfaces de caractéristiques sont pertinentes pour l’ensemencement de conformations fibrillaires associées à des maladies neurodégénératives telles que la sclérose latérale amyotrophique (SLA).

Une équipe de chercheurs dirigée par Rohit Pappu, professeur émérite Gene K. Beare et directeur du Center for Biomolecular Condensates de la McKelvey School of Engineering de l’Université de Washington à St. Louis, s’est récemment concentrée sur la définition des caractéristiques à l’échelle moléculaire des interfaces de condensats . La recherche, dirigée par Mina Farag, MD/Ph.D. étudiant au laboratoire Pappu et premier auteur de l’article, ont été générés en collaboration avec Tanja Mittag et son laboratoire au St. Jude Children’s Research Hospital. Les résultats ont été publiés dans Communication Nature 13 décembre 2022.

Une découverte surprenante a été que les interfaces, qui pourraient sembler uniformes et infiniment minces à partir du vinaigre dans l’image de l’huile, sont épaisses et définies par des préférences de forme et de taille spécifiques au niveau moléculaire, a déclaré Pappu. Dans les condensats, les molécules sont organisées en une structure de petit monde que nous reconnaissons facilement à partir de la structure du réseau en étoile des aéroports pour les compagnies aériennes commerciales.

« Il existe un type particulier de connectivité qui définit la façon dont ces molécules sont organisées, et c’est parce qu’elles ont des propriétés viscoélastiques qui les rendent soit élastiques à court terme, soit visqueuses à long terme, un peu comme le mastic », a déclaré Pappu.

Au fur et à mesure que les molécules de protéines traversent l’interface, les formes et les tailles des molécules changent de manière à ce qu’elles soient uniques à l’interface, selon les recherches de l’équipe.

« Nous avons fait une observation très frappante que les conformations, ou les formes, de ces molécules étaient très distinctives lorsqu’elles traversent l’interface, et ces types de conformations les rendent réactives », a déclaré Pappu. « Cela peut être bon pour faciliter les réactions biochimiques à l’intérieur d’une cellule, ou être délétère dans le contexte de la SLA, où l’interface catalyse la croissance fibrillaire dans les motoneurones. »

Dans le laboratoire de Pappu, Farag a utilisé les données du laboratoire de Mittag pour former un modèle d’apprentissage automatique qui décrit les interactions entre les molécules. Cela leur a permis de simuler la formation de condensat dans un ordinateur. Les simulations reproduisent la condensation de 30 variantes différentes d’un domaine protéique spécifique associé à la SLA. Surtout, le paradigme de simulation offre un moyen de concevoir des protéines avec des structures de condensat et des propriétés interfaciales sur mesure.

« Nous pensons que les préférences conformationnelles distinctes dans les interfaces contribuent aux faibles tensions interfaciales des condensats. Cependant, les chimies spécifiques des différentes interfaces sont susceptibles de permettre une sélectivité fonctionnelle. Cela semble être un juste milieu entre la physique et la chimie, comme le montre l’ingénierie- méthodes basées.