Los físicos de la Universidad de Buffalo están utilizando herramientas innovadoras para estudiar las propiedades de una clase extraña de moléculas que pueden desempeñar un papel en la enfermedad: proteínas que se agrupan para formar gotas esféricas dentro de las células humanas.
La última investigación de los científicos arroja luz sobre las condiciones que impulsan a esas gotitas a pasar de un estado líquido y líquido a un estado más duro, similar a un gel.
Publicado el 19 de febrero en la revista Biomoléculas como artículo destacado, el estudio encuentra que ciertas gotitas de proteínas se endurecen y se vuelven gelatinosas en entornos abarrotados como tubos de ensayo donde hay muchas otras moléculas presentes, imitando las condiciones congestionadas dentro de las células vivas.
"Estas proteínas formadoras de gotas son un área de estudio relativamente nueva, por lo que sabemos muy poco acerca de sus propiedades básicas", dice la investigadora principal Priya R. Banerjee, PhD, profesora asistente de física en la Facultad de Artes y Ciencias de la UB."Como físicos, queremos cuantificar la dinámica de estas gotas y aprender qué factores influyen en ellas. Esto es importante ya que la dinámica de las gotas de proteínas es clave para su función y disfunción celular".
"La investigación previa se ha centrado en la estructura de las proteínas mismas, pero nuestro trabajo muestra que los factores ambientales son igualmente importantes. Vemos que las condiciones externas pueden alterar el estado interno de las gotitas, lo que puede afectar su función en las células humanas".
La investigación es importante porque las proteínas condensantes pueden estar involucradas en la salud y la enfermedad. Estudios recientes señalan posibles roles para estas gotitas en funciones tan diversas como la expresión génica, la respuesta al estrés y la función del sistema inmune.
El nuevo artículo investiga una proteína formadora de gotas llamada fusionada en el sarcoma FUS. Las gotas líquidas de FUS se encuentran en las células cerebrales normales, pero en algunos pacientes con enfermedad neurodegenerativa esclerosis lateral amiotrófica ELA, la proteína forma agregados de sólidosmaterial, dice Banerjee. No está claro por qué.
Uso de láseres para pinzas y pinchazos de proteínas
La investigación empleó dos técnicas innovadoras para mostrar cómo las condiciones ambientales pueden afectar las gotas hechas de FUS u otras proteínas relacionadas.
En una serie de experimentos, los científicos utilizaron rayos láser altamente enfocados, llamados pinzas ópticas, para atrapar y juntar dos gotas de proteínas que flotan en una solución tampón líquida.
Las gotas de proteína se fusionaron fácilmente para formar una sola gota más grande cuando el tampón estaba poblado con otras moléculas de inertización aglomerantes como el polietilenglicol PEG. Pero cuando la concentración de PEG u otros productos químicos en el tampón aumentó, las gotas de proteína se volvieronmás gelatinoso y no se combinaría completamente.
En un segundo conjunto de pruebas, el equipo empleó los láseres de una manera diferente, "punzonado con láser", para estudiar cómo reaccionan las FUS y las gotitas de proteínas relacionadas a los entornos abarrotados.
En estos experimentos, Banerjee y sus colegas unieron etiquetas fluorescentes a numerosas moléculas de proteínas en una sola gota, haciendo que las proteínas brillen. Los investigadores "pincharon" el centro de la gota con un láser de alta intensidad, un procedimiento que causómoléculas fluorescentes golpeadas por el láser para oscurecerse permanentemente.
A continuación, los científicos midieron el tiempo que tardaron en pasar nuevas proteínas brillantes al área oscura. Esto sucedió rápidamente en las gotas de proteínas que flotaban en soluciones tampón escasamente pobladas. Pero el tiempo de recuperación fue dramáticamente más lento para las gotas suspendidas en soluciones tampón espesas con PEGu otros compuestos: una indicación, una vez más, de que las gotitas de proteínas se vuelven gelatinosas en entornos abarrotados. Los hallazgos se aplicaron tanto a FUS como a otras gotitas de proteínas relacionadas con diversas estructuras primarias.
"Nuestros experimentos se realizaron en tubos de ensayo, pero nuestros resultados sugieren que dentro de las células vivas, el estado de hacinamiento podría afectar la dinámica de las gotas de proteínas", dice Banerjee.
Una pregunta importante que queda es si la fluidez de las gotas de FUS afecta la capacidad de la proteína de formarse en grupos sólidos, y cómo se ve, en algunos pacientes con ELA. Banerjee espera abordar este problema a través de investigaciones futuras.
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Materiales proporcionado por Universidad de Buffalo . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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