Los científicos de la Facultad de Medicina de la Universidad de Carolina del Norte han desarrollado una forma de incorporar interruptores sensibles a la luz en las proteínas para que los investigadores puedan usar láseres para manipular el movimiento y la actividad de las proteínas dentro de las células y los animales vivos.
Utilizando esta técnica, el equipo de científicos de UNC forzó a las proteínas a salir del núcleo celular y al citoplasma, donde ya no podían hacer su trabajo. Los investigadores observaron en tiempo real cómo la célula respondía a su déficit de personal; el equipodescubrió que los procesos celulares resultantes eran más dinámicos de lo esperado anteriormente.
Los hallazgos, publicados en la revista Biología química de la naturaleza , demuestre el valor de los nuevos enfoques de investigación que pueden investigar rápidamente la función de genes y proteínas.
"Para cuando tienes un ratón inactivo para un gen o proteína en particular, las células que tenían esa proteína ya se han adaptado a sus nuevas circunstancias de tener uno de sus genes quitados; todo ha cambiado", dijo seniorautor Brian Kuhlman, PhD, profesor de bioquímica y biofísica. "Al usar la luz, podemos inactivar una proteína instantáneamente. Podemos hacerlo en un tipo específico de célula, en un momento específico del desarrollo. Esto puede darnos la resolución que necesitamospara comprender verdaderamente la función de una proteína particular "
Por lo general, cuando los científicos quieren aprender sobre un sistema biológico una célula, órgano o animal, hacen un cambio y luego observan lo que sucede. En biología, esto a menudo se logra al "eliminar" o eliminar un gen específicoPor ejemplo, un investigador interesado en saber si una proteína es importante en el cáncer podría eliminar el gen de esa proteína y ver cómo afecta la formación de tumores. Uno de los problemas con este método es que crea un cambio permanente y, por lo tanto,el sistema biológico tiene la oportunidad de compensar antes de que alguien pueda estudiarlo.
Kuhlman y sus colegas querían desarrollar una estrategia que permitiera a los científicos activar o inactivar rápidamente una proteína con la precisión precisa de los láseres. El enfoque es parte de una disciplina creciente llamada optogenética, donde los haces de luz pueden actuar como elcadenas de un titiritero para dirigir actividades dentro de las células. En este estudio, los investigadores decidieron usar la optogenética para controlar la actividad de las proteínas controlando su ubicación.
Comenzaron con una proteína vegetal llamada AsLOV2 que cambia su forma en respuesta a la luz. Los investigadores adjuntaron una secuencia de aminoácidos corta a la proteína AsLOV2; esta secuencia marcó la proteína del citoplasma. En la oscuridad, esta señal de exportación nuclear permanecióbloqueado herméticamente en su "jaula de fotos". Pero cuando se bañó con luz azul, se liberó y envió proteínas fuera del núcleo.
El autor principal del estudio, Hayretin Yumerefendi, PhD, becario postdoctoral en el laboratorio Kuhlman, fusionó esta construcción con una proteína fluorescente y luego expresó estas quimeras de proteína en células de ratón. Cuando vio por primera vez las células bajo el microscopio, pudo ver pequeñasOrbes fluorescentes rojos se apiñaban dentro del núcleo. Después de exponer las células a una determinada longitud de onda de luz, descubrió que los puntos rojos habían viajado hacia el citoplasma.
Yumerefendi luego incorporó estos interruptores de luz en dos proteínas llamadas LexA y Bre1 que actúan sobre el ADN y, por lo tanto, normalmente residen en el núcleo. En ambos casos, descubrió que las proteínas viajaron al citoplasma después de la fotoactivación. Además, demostró que estoel movimiento fue acompañado por una pérdida en la actividad proteica. Yumerefendi y sus colegas se sorprendieron al enterarse de que las células se adaptaron rápidamente a su nueva normalidad. Por ejemplo, descubrieron que las etiquetas químicas que Bre1 adhiere al ADN desaparecieron en cuestión de minutos cuando Bre1fue eliminado con luz.
"Uno de los descubrimientos clave que hicimos fue que estos procesos celulares, que se pensaban que eran relativamente lentos, en realidad son bastante dinámicos", dijo Yumerefendi. "Suceden en escalas de tiempo que son 30 veces más rápidas de lo que se pensaba anteriormente. Nuestro hallazgo enfatizacuán importante es que desarrollemos nuevas formas de ver eventos biológicos en tiempo real "
Las proteínas pueden desempeñar diferentes funciones en diferentes etapas de desarrollo, en diferentes partes de un organismo y durante diversos estados de enfermedad. Por lo tanto, los investigadores planean aplicar su nueva herramienta optogenética para estudiar la función de diferentes proteínas y examinar cómo "el comportamiento "de estas proteínas cambia según el tiempo y el espacio.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Cuidado de la salud de la Universidad de Carolina del Norte . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :