Investigadores encabezados por el IRB Barcelona combinan ingeniería genética, microscopía de superresolución y biocomputación para permitirles ver en 3D la maquinaria proteica dentro de las células vivas
Publicado en la revista celda , el estudio revela características funcionales clave de un ensamblaje de proteínas que es vital para animales y plantas.
Hoy científicos del Instituto de Investigación en Biomedicina IRB Barcelona presentan un estudio en Cell donde han podido observar por primera vez nanomáquinas de proteínas también llamadas complejos de proteínas, las estructuras encargadas de realizar las funciones celularesen células vivas y en 3D. Este trabajo se ha realizado en colaboración con investigadores de la Universidad de Ginebra en Suiza y el Centro Andaluz de Biología del Desarrollo en Sevilla.
Actualmente, los biólogos que estudian la función de las nanomáquinas de proteínas aíslan estos complejos en tubos de ensayo, divorciados de la célula, y luego aplican técnicas in vitro que les permiten observar su estructura hasta el nivel atómico. Alternativamente, utilizan técnicas que permitenEl análisis de estos complejos dentro de la célula viva pero que dan poca información estructural. En este estudio, los científicos han logrado observar directamente la estructura de la maquinaria proteica en las células vivas mientras está ejecutando su función.
"Las técnicas in vitro disponibles son excelentes y nos permiten hacer observaciones a nivel atómico, pero la información proporcionada es limitada. No sabremos cómo funciona un motor si lo desmontamos y solo miramos las partes individuales. Necesitamospara ver el motor montado en el coche y en funcionamiento. En biología, todavía no tenemos las herramientas para observar el funcionamiento interno de una célula viva, pero la técnica que hemos desarrollado es un paso en la dirección correcta y ahora podemos ver, en 3D, cómo los complejos proteicos llevan a cabo sus funciones ”, explica Oriol Gallego, investigador del IRB Barcelona y coordinador del grupo que realizó este estudio, en el que también participó la doctora Irene Pazos.
Observación de la maquinaria nanométrica en funcionamiento
La nueva estrategia reúne métodos de microscopía de superresolución, un descubrimiento que fue reconocido con el Premio Nobel de Química 2014, ingeniería celular y modelado computacional. La tecnología nos permite observar complejos de proteínas con una precisión de 5nm *, una resolución "cuatro veces mejor que la que ofrece la superresolución y que nos permite realizar estudios de biología celular que antes eran inviables", explica Gallego. * un nm es una millonésima parte de un mm.ancho de 100.000 nm
Los investigadores modifican genéticamente las células para construir soportes artificiales en su interior sobre los que anclar complejos de proteínas. Estos soportes están diseñados de tal manera que les permitan regular el ángulo desde el que se mira la nanomáquina inmovilizada. Después, en ordenPara determinar la estructura 3D del complejo proteico, utilizan técnicas de superresolución para medir las distancias entre diferentes componentes y luego integrarlos en un proceso similar al que utiliza el GPS.
Características básicas de la exocitosis
Gallego ha utilizado este método para estudiar la exocitosis, un mecanismo que utiliza la célula para comunicarse con el exterior de la célula. Por ejemplo, las neuronas se comunican entre sí liberando neurotransmisores a través de la exocitosis. El estudio ha permitido a los científicos revelar la estructura completa deuna nanomáquina clave en la exocitosis y que hasta ahora era un enigma. "Ahora sabemos cómo funciona esta maquinaria, que está formada por ocho proteínas, y para qué es importante cada proteína. Este conocimiento nos ayudará a comprender mejor la participación de la exocitosis encáncer y metástasis, procesos en los que se altera esta nanomáquina ", explica.
Nuevos estudios
La comprensión de cómo las nanomáquinas llevan a cabo sus funciones celulares tiene implicaciones biomédicas, ya que las alteraciones en el funcionamiento interno pueden conducir al desarrollo de enfermedades. Con esta nueva estrategia en la mano, será posible estudiar la maquinaria de las proteínas celulares en la salud y en la enfermedad..Por ejemplo, sería posible ver cómo los virus y las bacterias utilizan nanomáquinas de proteínas durante la infección, y comprender mejor los defectos en los complejos que conducen a enfermedades para diseñar nuevas estrategias terapéuticas que las reviertan.
La técnica se puede utilizar en complejos relativamente grandes. "Poder ver complejos de proteínas que miden 5 nm es un gran logro, pero aún queda un largo camino por recorrer para poder observar el interior de la célula a escala atómica.que las técnicas in vitro permitirían ", dice Gallego." Pero ", continúa," creo que el futuro está en integrar varios métodos y combinar la potencia de cada uno ".
A lo largo de cinco años, Oriol Gallego ha desarrollado este proyecto en el Programa de Medicina Molecular del IRB Barcelona a través de un contrato de investigador Ramón y Cajal adjudicado por el Ministerio de Economía y Competitividad y que finalizará próximamente. Gallego ya ha alineado dos estancias de investigación, en Japón y Alemania, para aprender más sobre la integración de técnicas de microscopía. "Después, me gustaría seguir haciendo investigación de primer nivel en Barcelona, y espero que este estudio que se ha publicado en Cell me ayude a hacerlo".comenta la joven investigadora, cuyo foco está en la biología del complejo proteico y en el desarrollo de la tecnología que "hace visible lo invisible".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Investigación en Biomedicina-IRB . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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