La luz se puede usar para controlar el transporte de proteínas desde el núcleo celular con la ayuda de una proteína vegetal genéticamente modificada, sensible a la luz. Los biólogos de la Universidad de Heidelberg y el Centro Alemán de Investigación del Cáncer DKFZ que trabajan en el campo de la optogenética tienenahora desarrollaron dicha herramienta. Los investigadores, bajo la dirección de la Dra. Barbara Di Ventura y el Prof. Dr. Roland Eils, emplearon métodos de biología sintética y combinaron un sensor de luz de la planta de avena con una señal de transporte. Esto hace posibleuse luz externa para controlar con precisión la ubicación y, por lo tanto, la actividad de las proteínas en las células de mamíferos. Los resultados de esta investigación se publicaron en la revista Comunicaciones de la naturaleza.
Las células eucariotas se caracterizan por la separación espacial entre el núcleo celular y el resto de la célula. "Esta subdivisión protege los mecanismos involucrados en copiar y leer información genética de las interrupciones causadas por otros procesos celulares como la síntesis de proteínas o la producción de energía".explica el profesor Eils, Director del Centro BioQuant de la Universidad de Heidelberg y jefe del Departamento de Bioinformática en Ruperto Carola y el DKFZ. Las proteínas y otras macromoléculas pasan a través del complejo de poros nucleares dentro y fuera del núcleo celular para controlar una serie de procesos biológicos.
Mientras que las proteínas más pequeñas se difunden pasivamente a través de los poros nucleares, las partículas más grandes deben adherirse a las llamadas proteínas transportadoras para realizar el viaje. Por lo general, los péptidos cortos en la superficie de la proteína indican a los transportistas que la proteína está lista para el transporte. Esta señal se conoce comola señal de localización nuclear NLS para el transporte al núcleo y la secuencia de exportación nuclear NES para el transporte fuera del núcleo ". Inducir artificialmente la importación o exportación de proteínas seleccionadas nos permitiría controlar sus actividades en la célula viva,"dice el Dr. Di Ventura, líder del grupo en el departamento del Prof. Eils.
El laboratorio Di Ventura se ha especializado en optogenética, un campo relativamente nuevo de investigación en biología sintética. La optogenética combina los métodos de óptica y genética con el objetivo de utilizar la luz para activar y desactivar ciertas funciones en las células vivas. Para este fin,Las proteínas sensibles a la luz se modifican genéticamente y luego se introducen en células objetivo específicas, lo que permite controlar su comportamiento utilizando la luz.
El trabajo publicado recientemente que informa sobre un sistema de exportación optogenético se basa en estudios previos de otros grupos de trabajo que investigan el dominio LOV2, que originalmente proviene de la planta de avena. En la naturaleza, este dominio actúa como un sensor de luz y, entre otras cosas, ayuda aplanta orientada a la luz solar. El dominio LOV2 cambia fundamentalmente su estructura tridimensional tan pronto como entra en contacto con la luz azul, explica Dominik Niopek, autor principal del estudio.
La propiedad del cambio de estructura inducido por la luz ahora se puede usar específicamente para controlar sintéticamente las secuencias de señal celular, como la señal de exportación nuclear NES. Dominik Niopek desarrolló por primera vez una proteína LOV2-NES híbrida compuesta del dominio LOV2 delavena y una señal de exportación nuclear sintética. En el estado oscuro, la señal está oculta en el dominio LOV2 y no es visible para la célula. La luz hace que la estructura del LOV2 cambie, lo que hace que el NES sea visible y desencadena la exportación del LOV2dominio del núcleo.
"En principio, la proteína híbrida LOV2-NES puede unirse a cualquier proteína celular y usarse para controlar su exportación desde el núcleo usando luz", dice el profesor Eils. El investigador y su equipo demostraron esto usando la proteína p53, unmiembro de la familia de proteínas supresoras del cáncer que monitorean el crecimiento celular y previenen defectos genéticos durante la división celular. Según Roland Eils, el p53 se apaga en varios tumores agresivos por mutaciones genéticas dañinas que permiten que las células tumorales se reproduzcan sin control.
Usando la proteína LOV2-NES, los investigadores de Heidelberg pudieron controlar la exportación de p53 desde el núcleo utilizando la luz para controlar sus funciones reguladoras de genes ". Esta nueva capacidad para controlar directamente p53 en células de mamíferos vivos tiene un gran potencial paraexplicar su compleja función en profundidad. Esperamos descubrir nuevas pistas sobre el papel de los posibles defectos en la regulación de p53 relacionados con el desarrollo del cáncer ", dice el Dr. Di Ventura.
Los investigadores están convencidos de que su nueva herramienta optogenética también se puede utilizar para hacer descubrimientos importantes sobre la dinámica del transporte de proteínas y su influencia en el comportamiento celular. "Nuestra investigación es tan buena como nuestras herramientas", dice el profesor Eils ".Por lo tanto, el desarrollo de herramientas moleculares innovadoras es la clave para comprender las funciones celulares básicas, así como los mecanismos que causan enfermedades ".
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Materiales proporcionado por Heidelberg, Universität . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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