Las proteínas son las moléculas del caballo de batalla de la vida. Entre sus muchos trabajos, transportan oxígeno, construyen tejidos, copian ADN para la próxima generación y coordinan eventos dentro y entre las células. Ahora los científicos de la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill han desarrolladoUn método para controlar las proteínas dentro de las células vivas con solo presionar un interruptor, brindando a los investigadores una herramienta sin precedentes para identificar las causas de la enfermedad utilizando las herramientas más simples: la luz.
El trabajo, dirigido por Klaus Hahn y Nikolay Dokholyan y encabezado por Onur Dagliyan, un estudiante graduado en sus laboratorios, se basa en la tecnología innovadora conocida como optogenética. La técnica, desarrollada a principios de la década de 2000, permitió a los científicos, por primera vez, usar la luz para activar y desactivar proteínas que podrían encender y apagar las células cerebrales, refinando las ideas de lo que hacen los circuitos cerebrales individuales y cómo se relacionan con diferentes aspectos del comportamiento y la personalidad.
Pero la técnica ha tenido sus limitaciones. Solo unas pocas proteínas podían ser controladas por la luz; fueron colocadas en partes de una célula donde normalmente no existían; y habían sido fuertemente diseñadas, perdiendo gran parte de su capacidad original paradetectar y responder a su entorno.
En su nuevo trabajo, publicado recientemente en ciencia , Hahn, Dokholyan y Dagliyan expanden la optogenética para controlar una amplia gama de proteínas sin cambiar su función, permitiendo que una proteína controlable por la luz realice sus tareas cotidianas. Las proteínas pueden activarse en casi cualquier lugar de la célula, lo que permite a los investigadorespara ver cómo las proteínas realizan trabajos muy diferentes dependiendo de dónde se activan y desactivan.
"Podemos tomar la proteína entera e intacta, tal como la hizo la naturaleza, y pegarle esta pequeña perilla que nos permite encenderla y apagarla con luz", dijo Hahn, Profesor Distinguido de Farmacología Thurman y UNCMiembro del Centro Integral de Cáncer Lineberger: "Es como un interruptor".
El interruptor que desarrollaron Hahn, Dokholyan y sus colegas es versátil y rápido: pueden activar o desactivar una proteína tan rápido como pueden activar su luz. Al cambiar la intensidad de la luz, también pueden controlar la cantidad de proteínase activa o desactiva, y al controlar el momento de la irradiación, pueden controlar exactamente cuánto tiempo se activan las proteínas en diferentes puntos de la célula.
"Muchos aspectos del comportamiento celular dependen de cambios rápidos y transitorios en la actividad de las proteínas", dijo Hahn. "Pero esos cambios tienen que suceder en ubicaciones exactas. La misma proteína puede hacer que una célula haga cosas diferentes si está activa endiferentes lugares, construyendo redes lógicas flexibles en diferentes partes de la célula, dependiendo de a qué responde ".
Para lograr su avance, Hahn y Dagliyan utilizaron un enfoque computacional para identificar qué partes de una proteína podrían modificarse sin cambiar el funcionamiento normal de la proteína, y mostraron que los bucles de estructura de proteínas que se encuentran comúnmente en las superficies de proteínas se pueden modificar fácilmente con diferentes 'botones 'para controlar las proteínas con luz, o incluso para responder a las drogas.
Imagínese pegar una cámara de video en un autobús; póngalo en el pedal del acelerador y obstruirá su función, por lo que el autobús no conducirá correctamente. Pero póngalo en el capó y el autobús continuará conduciendo bien.El nuevo enfoque computacional apuntó a los investigadores hacia la capucha de cada proteína.
Debido a que las herramientas mantienen intacta la función natural de la proteína, la nueva técnica permite a los científicos estudiar proteínas en sistemas vivos, donde las proteínas normalmente viven y trabajan en toda su complejidad natural. Esta capacidad de manipular proteínas en sistemas vivos también brinda la oportunidad de estudiaruna amplia gama de enfermedades, que a menudo surgen del mal funcionamiento de una sola proteína.
"Para comprender lo que está sucediendo, necesita ver las partes moviéndose", dijo Hahn. "Es ese comportamiento dinámico lo que necesita saber para comprender lo que está sucediendo".
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Materiales proporcionado por Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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