Las células contienen miles de moléculas de ARN mensajero, que transportan copias de las instrucciones genéticas del ADN al resto de la célula. Los ingenieros del MIT ahora han desarrollado una forma de visualizar estas moléculas en una resolución más alta que la posible previamente en tejidos intactos, lo que permite a los investigadores mapear con precisiónLa ubicación del ARN a través de las células.
La clave de la nueva técnica es expandir el tejido antes de obtener imágenes. Al hacer que la muestra sea físicamente más grande, se puede obtener imágenes con una resolución muy alta utilizando microscopios comunes que se encuentran comúnmente en los laboratorios de investigación.
"Ahora podemos obtener imágenes de ARN con gran precisión espacial, gracias al proceso de expansión, y también podemos hacerlo más fácilmente en grandes tejidos intactos", dice Ed Boyden, profesor asociado de ingeniería biológica y ciencias cerebrales y cognitivas en el MIT, miembro del Media Lab del MIT y del Instituto McGovern para la Investigación del Cerebro, y autor principal de un artículo que describe la técnica en la edición del 4 de julio de 2016 de Métodos de la naturaleza .
Estudiar la distribución de ARN dentro de las células podría ayudar a los científicos a aprender más sobre cómo las células controlan su expresión génica y también podría permitirles investigar enfermedades que se cree que son causadas por la falla del ARN para moverse a la ubicación correcta.
Boyden y sus colegas describieron por primera vez la técnica subyacente, conocida como microscopía de expansión ExM, el año pasado, cuando la usaron para obtener imágenes de proteínas dentro de grandes muestras de tejido cerebral. En un artículo que aparece en Biotecnología de la naturaleza el 4 de julio, el equipo del MIT ha presentado una nueva versión de la tecnología que emplea productos químicos disponibles en el mercado, lo que facilita el uso de los investigadores.
Los estudiantes graduados del MIT Fei Chen y Asmamaw Wassie son los autores principales de la Métodos de la naturaleza papel, y Chen y el estudiante graduado Paul Tillberg son los autores principales de la Biotecnología de la naturaleza papel
Un proceso más simple
La técnica de microscopía de expansión original se basa en incrustar muestras de tejido en un polímero que se hincha cuando se agrega agua. Esta ampliación del tejido permite a los investigadores obtener imágenes con una resolución de alrededor de 70 nanómetros, que anteriormente solo era posible con microscopios muy especializados y costosos.Sin embargo, ese método planteó algunos desafíos porque requiere generar una etiqueta química complicada que consiste en un anticuerpo que se dirige a una proteína específica, unida tanto a un tinte fluorescente como a un ancla química que une todo el complejo a un polímero altamente absorbente conocido como poliacrilato.Una vez que los objetivos están etiquetados, los investigadores descomponen las proteínas que mantienen unida la muestra de tejido, lo que le permite expandirse uniformemente a medida que el gel de poliacrilato se hincha.
En sus nuevos estudios, para eliminar la necesidad de etiquetas personalizadas, los investigadores utilizaron una molécula diferente para anclar los objetivos al gel antes de la digestión. Esta molécula, que los investigadores denominaron AcX, está disponible comercialmente y por lo tanto hace el procesomucho más simple
AcX puede modificarse para anclar proteínas o ARN al gel. En el Biotecnología de la naturaleza estudio, los investigadores lo usaron para anclar proteínas, y también demostraron que la técnica funciona en tejidos que han sido previamente etiquetados con anticuerpos fluorescentes o proteínas como la proteína verde fluorescente GFP.
"Esto le permite usar partes completamente disponibles, lo que significa que puede integrarse muy fácilmente en los flujos de trabajo existentes", dice Tillberg. "Creemos que reducirá la barrera significativamente para que las personas usen la técnica en comparación conel ExM original "
Utilizando este enfoque, se tarda aproximadamente una hora en escanear un trozo de tejido de 500 por 500 por 200 micras, utilizando un microscopio de fluorescencia de lámina ligera. Los investigadores demostraron que esta técnica funciona para muchos tipos de tejidos, incluidos el cerebro, el páncreas, el pulmóny bazo.
ARN de imagen
en el Métodos de la naturaleza papel, los investigadores utilizaron el mismo tipo de molécula de anclaje, pero la modificaron para apuntar al ARN. Todos los ARN de la muestra están anclados al gel, por lo que permanecen en sus ubicaciones originales durante todo el proceso de digestión y expansión.
Después de que el tejido se expande, los investigadores etiquetan moléculas de ARN específicas utilizando un proceso conocido como hibridación fluorescente in situ FISH, que se desarrolló originalmente a principios de la década de 1980 y se usa ampliamente. Esto permite a los investigadores visualizar la ubicación de ARN específicomoléculas en alta resolución, en tres dimensiones, en grandes muestras de tejido.
Esta precisión espacial mejorada podría permitir a los científicos explorar muchas preguntas sobre cómo el ARN contribuye a la función celular. Por ejemplo, una pregunta larga en neurociencia es cómo las neuronas cambian rápidamente la fuerza de sus conexiones para almacenar nuevos recuerdos o habilidades. Una hipótesis es queLas moléculas de ARN que codifican las proteínas necesarias para la plasticidad se almacenan en compartimentos celulares cerca de las sinapsis, preparadas para traducirse en proteínas cuando sea necesario.
Con el nuevo sistema, debería ser posible determinar exactamente qué moléculas de ARN se encuentran cerca de las sinapsis, esperando ser traducidas.
"La gente ha encontrado cientos de estos ARN traducidos localmente, pero es difícil saber dónde están exactamente y qué están haciendo", dice Chen. "Esta técnica sería útil para estudiar eso".
El laboratorio de Boyden también está interesado en usar esta tecnología para rastrear las conexiones entre las neuronas y clasificar diferentes subtipos de neuronas en función de los genes que expresan.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por Anne Trafton. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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