Proteínas recientemente descubiertas detienen el «sangrado» fúngico
Phycomyces blakesleeanus JUDI THOMAS, MISSOURI MYCOLOGICAL SOCIETY
El micelio es el tejido de las poblaciones fúngicas: los hongos producen filamentos. como raíces llamadas hifas, que se ramifican y fusionan entre sí para formar una vasta red interconectada: el micelio. Permite que los hongos crezcan rápidamente, transporten nutrientes e incluso compartan información sobre el entorno local a largas distancias. La red también es vulnerable; una herida podría provocar una hemorragia catastrófica del protoplasma que puede provocar la muerte. Mientras que algunas especies de hongos separan sus filamentos en compartimentos con paredes septales que pueden limitar las fugas, otros hongos no forman paredes y los micólogos no saben cómo responden a una lesión.
Ahora, un equipo del National La Universidad de Singapur ha descubierto su secreto: grandes proteínas mecanosensibles llamadas gelinas que no se habían descrito antes. Cuando se lesiona un filamento hifal, el protoplasma líquido presurizado dentro de las hifas sale a borbotones. Inmediatamente, las gelinas dentro de las hifas responden al esfuerzo cortante del flujo de protoplasma entrecruzándose, desplegándose y pegándose rápidamente entre sí y a las membranas celulares. Las gelinas reticuladas forman un tapón de gel en el sitio de la lesión casi instantáneamente, evitando que el hongo pierda todo su protoplasma, informan el biólogo de células evolutivas Greg Jedd de la Universidad Nacional de Singapur y sus colegas en Current Biology en 12 de noviembre.
Lo genial de las gelinas es que estás usando una señal física para impulsar la separación de fases, dice la bióloga celular Amy Gladfelter de la Universidad de Carolina del Norte, Chapel Hill, que no participó en la estudiar. Es decir, la tensión de cizallamiento del flujo rápido de protoplasma en el sitio lesionado provoca que las gelinas se desplieguen y entrecrucen, creando dos fases distintas en el líquido y el gel de protoplasma. No hay demasiados ejemplos de eso.
El protoplasma deja de filtrarse de la punta de una hifa lesionada en el tipo salvaje M. circinelloides.GREG JEDD, LABORATORIO DE CIENCIAS DE LA VIDA TEMASEK, UNIVERSIDAD NACIONAL DE SINGAPUR
El proyecto comenzó cuando Jedd observó que las lesiones en Phycomyces blakesleeanus y Mucor circinelloides , dos especies de hongos que no forman paredes septales, desencadenaron una rápida respuesta de gelificación que impidió que el protoplasma se filtrara. Ante la sospecha de que esta respuesta estaba mediada por un polímero grande, los investigadores trituraron las células y usaron electroforesis de proteínas para identificar las proteínas grandes dentro de los filamentos. Llamaron a estas proteínas gelinas, hay dos tipos, gellina A y gelina Band, identificaron los genes que las codifican. Finalmente, utilizaron CRISPR para eliminar ambos tipos de gelinas de Mucor circinelloides. Cuando los hongos que carecían de gelinas se lesionaron, se desangraron en un charco protoplásmico y murieron, lo que confirma que las gelinas juegan un papel clave en el sellado de las roturas.
Esta fue una forma creativa de descubrir las proteínas que podrían ser responsable de este fenómeno, dice el micólogo Jason Stajich de la Universidad de California, Riverside, que no participó en la investigación. Elogió la capacidad de los equipos para hacer observaciones de la respuesta de gelificación fúngica y trabajar hacia atrás para identificar la base molecular real de eso.
Para descubrir cómo funcionan realmente las gelinas, los investigadores recurrieron al biólogo estructural Daiwen. Yang también de la Universidad Nacional de Singapur. Yang purificó las gelinas y usó resonancia magnética nuclear para descubrir que las gelinas tienen 10 dominios de barril beta. El primer dominio de barril beta, en el que se centraron los investigadores, tenía un bucle muy hidrofóbico inusual que sospechaban que estaba involucrado en la unión a las membranas celulares. El mecanobiólogo Jie Yan luego usó pinzas magnéticas para agarrar una gelina por un extremo y tirar suavemente del otro extremo, revelando que la proteína se desplegó con fuerzas consistentes con las que experimentarían las gelinas dentro de una hifa que estalla. un elegante conjunto de experimentos, dice Stajich.
Usando CRISPR, los investigadores eliminaron los dos genes gellin, gellin A y gellin B, de m circinelloides. En el mutante de gelina, una lesión provoca un sangrado protoplásmico prolongado. GREG JEDD, LABORATORIO DE CIENCIAS DE LA VIDA TEMASEK, UNIVERSIDAD NACIONAL DE SINGAPUR
El proceso para detener el sangrado fúngico tiene algunos paralelismos con la coagulación sanguínea de los mamíferos. Por ejemplo, el factor de von Willebrand (VWF) que ayuda a la coagulación de la sangre también es mecánicamente sensible y responde a la fuerza del flujo cambiando de forma y uniéndose a otras proteínas de VWF.
Todos los sistemas multicelulares han evolucionado en el transporte. redes, que se requieren para superar el límite de difusión a medida que un organismo crece, explica Jedd. Cada uno ha encontrado formas de lidiar con las lesiones, pero hay cierto grado de convergencia.
La seda de araña también está hecha de proteínas grandes que se extruyen a través de las glándulas de seda de las arañas y la tensión de cizallamiento de ese flujo induce la formación de enlaces intermoleculares, produciendo así un hilo de proteína líquida. La comprensión de los principios de diseño de estas proteínas mecanosensibles podría tener todo tipo de aplicaciones de bioingeniería, como robots blandos autorregenerables, sugieren los investigadores.
TA Nguyen et al., Curación de heridas fúngicas a través de procesos protoplásmicos instantáneos gelificación, Biología actual, doi: 10.1016/j.cub.2020.10.016, 2020.