[Translate to Deutsch:] P granule condensates (labelled in green) inside a C. elegans worm can be dissolved and re-formed in parts of the reproductive system and the embryos via a temperature cycle. Left column shows part of the reproductive system (gonad) and embryos. Red dotted line indicates early embryos also shown in the zoom in on the right side. Copyright: Fritsch et al. (2021), National Academy of Sciences / MPI-CBG
Bestimmte Proteine bilden durch Flüssig-Flüssig-Phasentrennung membranlose Kondensate aus, ähnlich der Trennung von Öl und Wasser. Diese Phasentrennung ist im Reagenzglas, also außerhalb lebender Organismen, unter Bedingungen die nahezu einem thermodynamischen Gleichgewicht entsprechen eingehend untersucht worden. Lebende Zellen jedoch sind Systeme außerhalb dieses Gleichgewichts, da sie ständig mit Energie und Materie versorgt werden, um biochemische Prozesse anzutreiben. Es war bisher unklar, inwieweit die Bildung von Kondensaten als ein Gleichgewichtsprozess auch in einer aktiven zellulären Umgebung beobachtet und erklärt werden kann.
Um dieser Frage auf den Grund zu gehen, untersuchten Biologen und Physiker des Max-Planck-Instituts für molekulare Zellbiologie und Genetik, des Max-Planck-Instituts für Physik komplexer Systeme und des Zentrums für Systembiologie Dresden die Reaktion von P-Granula-Kondensaten in lebenden Zellen auf Temperaturänderungen. P-Granula sind sehr gut erforschte Kondensate, die im Kaltblüter Fadenwurm C. elegans vorkommen. Sie sind wesentlich für die Entwicklung des Fortpflanzungssystems und besitzen wichtige Eigenschaften von flüssigen Tröpfchen. Anatol Fritsch, der Erstautor der Studie, beschreibt die Studie: „Wir beobachteten, dass sich die P-Granula auflösten, wenn wir die Temperatur erhöhten, und sich wieder neu bildeten, wenn wir die Temperatur senkten. Es war für uns überraschend, dass wir diesen Prozess auch in einer lebenden und aktiven Zelle mit Gleichgewichtsthermodynamik erklären konnten.“ Die Forscher schlussfolgern, dass verschiedene molekulare Komponenten in den P-Granulat-Kondensaten zusammenwirken und dass dies dazu beiträgt, das Kondensat vor Veränderungen der Umgebungstemperatur zu schützen. Diese Studie zeigt, wie molekulare Komponenten biologische Funktionen über thermodynamische Prinzipien, die für die Fruchtbarkeit eines Organismus von Bedeutung sind, ermöglichen können. Sie wurde in der Fachzeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) veröffentlicht.
Anatol W. Fritsch, Andrés F. Diaz-Delgadillo, Omar Adame-Arana, Carsten Hoege, Matthäus Mittasch, Moritz Kreysing, Mark Leaver, Anthony A. Hyman, Frank Jülicher, and Christoph A. Weber: Local thermodynamics govern formation and dissolution of Caenorhabditis elegans P granule condensates. PNAS September 14, 2021 118 (37) e2102772118;
doi: 10.1073/pnas.2102772118