La optogenética, el enfoque para usar la luz para controlar procesos clave, ha revolucionado la forma en que los investigadores investigan las vías de señalización celular, el comportamiento celular y la función de tejidos grandes e interconectados como el cerebro. Esta combinación altamente exitosa de óptica y genética es impulsada por la luzproteínas sensibles, muchas de las cuales han sido diseñadas para unirse entre sí mediante estimulación con luz. Una nueva investigación realizada por científicos del Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria IST Austria amplía esta caja de herramientas de proteínas optogenéticas. En el estudio del grupo de Harald Janovjak, impulsada por el primer autor y estudiante de doctorado Stephanie Kainrath, y sus colegas en el Children's Cancer Research Institute en Viena, publicado hoy en Angewandte Chemie , los autores demuestran la liberación de la unión cuando se exponen a la luz verde.
La aplicación de la luz como estímulo ha permitido a los investigadores manipular el comportamiento celular en espacios definidos y en tiempo real y, por lo tanto, ha abierto puertas para nuevos tipos de experimentos. Sin embargo, el método ha florecido en aquellos casos en los que las partes de proteínas sensibles a la luz,llamados dominios de proteínas, respondieron a la luz uniéndose entre sí. La unión activa la señalización. Para garantizar que la señalización permanezca encendida, las células, los tejidos o los animales en estudio deben permanecer a la luz. Pero la exposición constante a la luz conlleva riesgos: blanqueamiento ycomúnmente se observan efectos secundarios tóxicos de la luz.
Kainrath y sus colegas ofrecen una salida a medida que cambian el propósito de los dominios sensibles a la luz que liberan su interacción en respuesta a la luz. Como consecuencia, los investigadores ahora pueden dejar su objeto de estudio en la oscuridad para inducir la señalización y moverlo hacia la luzen un momento preciso para interrumpir la señalización. La primera autora, Stephanie Kainrath, explica la importancia de la investigación: "Nuestro trabajo se inspiró en el deseo de imitar las señales biológicas que siempre están activas, como las que impulsan el crecimiento de ciertos tipos de cáncer".herramienta también podemos apagar rápidamente tales señales. Esto permite nuevos enfoques tanto en estudios basados en células como en animales ".
La herramienta de nuevo diseño es especialmente versátil ya que responde a la luz en la parte verde del espectro de luz visible. Esto es posible porque los dominios rediseñados, llamados dominios de unión a cobalamina vitamina B12, utilizan vitamina B12por su respuesta a la luz. Recientemente se descubrió que la vitamina B12 no solo es esencial para la función del cuerpo humano, sino que también se usa en las bacterias como sensor de luz. Kainrath y sus colegas demuestran el uso de estos dominios al vincularlos a una proteína receptora de vertebrados llamada fibroblastosreceptor 1 del factor de crecimiento FGFR1. Normalmente, una parte de estos receptores llega al exterior de la célula, donde puede capturar los factores de crecimiento de fibroblastos, haciendo que dos receptores se unan entre sí y activen la señalización en el interior de la célula. El FGFR1 optogenético diseñadoLas proteínas se unen entre sí en la oscuridad a través de los CBD y activan la señalización. Solo en luz verde, la unión se libera y la señalización se detiene.
Los experimentos en embriones de pez cebra muestran el potencial de este nuevo enfoque para estudios en animales. Los embriones de pez cebra modificados para producir el receptor diseñado y mantenidos en la oscuridad muestran los mismos defectos de desarrollo que los embriones en los que la señalización siempre está activa, una situación que se asemeja a los trastornos humanosPor el contrario, los embriones que se permitieron desarrollarse en luz verde fueron normales, sin defectos de desarrollo. Para Martin Distel, coautor y líder del grupo en el Children's Cancer Research Institute, Viena, el receptor es una herramienta útil para abordar la adicción al oncogén., el talón de Aquiles de algunos tipos de cáncer: "La disociación de los complejos proteicos mediada por CBD y controlada por la luz verde es un activo útil en la caja de herramientas optogenética. Para aplicaciones potenciales en la investigación del cáncer, uno podría pensar en la adicción al oncogén. Activación aberrante de señales como las vinculadasa los FGF ahora se puede apagar rápidamente y desde el exterior a la luz para investigar las consecuencias sobre el comportamiento celular ".
Harald Janovjak y su grupo trabajan en el nuevo campo de la fisiología sintética, que aborda problemas biológicos complejos con el enfoque de "construirlo para comprenderlo". Stephanie Kainrath se unió al programa de doctorado de IST Austria en 2015. Después de aprobar su examen de calificación en diciembre2016, Stephanie ahora realiza investigaciones para su doctorado en el grupo de Harald Janovjak.
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Materiales proporcionado por Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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