Una de las herramientas de imágenes más nítidas de la actualidad, la microscopía de súper resolución, produce imágenes brillantes de lo que hasta ahora ha sido el interior borroso de las células, detallando no solo los órganos internos y el esqueleto de la célula, sino que también brinda información sobre la asombrosa flexibilidad de las células.
En el número actual de la revista Informes de celda , Ke Xu y sus colegas en UC Berkeley utilizan la técnica para proporcionar una vista nítida de la malla geodésica que sostiene la membrana externa de un glóbulo rojo, revelando por qué tales células son resistentes pero lo suficientemente flexibles como para pasar a través de capilares estrechos mientrasllevar oxígeno a nuestros tejidos.
El descubrimiento podría eventualmente ayudar a descubrir cómo el parásito de la malaria secuestra esta malla, llamada citoesqueleto de la submembrana, cuando invade y finalmente destruye los glóbulos rojos.
"La gente sabe que el parásito interactúa con el citoesqueleto, pero no está claro cómo lo hace porque no ha habido una buena forma de ver la estructura", dijo Xu, profesor asistente de química. "Ahora que hemos resuelto quérealmente está sucediendo en una célula normal y sana, podemos preguntarnos qué cambios se producen bajo la infección por parásitos y cómo los medicamentos afectan la interacción ".
Las células humanas típicas tienen un esqueleto bidimensional que sostiene la membrana externa y un esqueleto interior tridimensional que sostiene todos los orgánulos del interior y sirve como sistema de transporte por toda la célula.
Los glóbulos rojos, sin embargo, solo tienen los soportes de la membrana y no tienen un andamiaje interno, por lo que son básicamente un globo lleno de moléculas de hemoglobina que transportan oxígeno. Debido a su estructura más simple, los glóbulos rojos son ideales para estudiar el esqueleto quesoporta la membrana en todas las células.
Las imágenes de microscopio electrónico mostraron anteriormente que el citoesqueleto de la submembrana en los glóbulos rojos es una malla triangular de proteínas, que recuerda a una cúpula geodésica. Pero las mediciones del tamaño de las subunidades triangulares se hicieron aplanando la membrana abovedada de unay célula seca, que distorsiona la estructura.
Tormenta del citoesqueleto
Xu fue becario postdoctoral en el laboratorio de la Universidad de Harvard de uno de los inventores de la microscopía de súper resolución, Xiaowei Zhuang, y es un experto en la versión llamada STORM microscopía de reconstrucción óptica estocástica. La microscopía de súper resolución da aproximadamente 10 vecesmejor resolución que la microscopía óptica estándar y funciona bien con células vivas y húmedas.
Usando STORM, Xu, el ex postdoctorado de Berkeley Leiting Pan y el estudiante de posgrado Rui Yan pudieron obtener imágenes del citoesqueleto de la submembrana completo de glóbulos rojos frescos y descubrieron que los triángulos de la malla son aproximadamente la mitad del tamaño que se encontraron en mediciones anterioreshecho con microscopía electrónica: cada lado tiene 80 nanómetros de largo, en lugar de 190 nanómetros.
La distinción es fundamental: los componentes básicos de la malla son una proteína llamada espectrina, que se puede estirar hasta un máximo de unos 190 nanómetros de longitud. Si la malla estuviera hecha de espectrina estirada, sería rígida, dijo Xu.Pero como su longitud normal es de 80 nanómetros relajados, actúa como un resorte. "Es más como un resorte en su estado relajado, donde tiene mucha flexibilidad bajo compresión o estiramiento, por lo que da a los glóbulos rojos mucha elasticidad bajodiferentes condiciones fisiológicas, como apretar a través de un capilar estrecho ", dijo Yan.
En los vértices de la malla, donde se unen de cinco a seis proteínas de espectrina, hay una proteína diferente: actina. La actina es una parte estándar del citoesqueleto de la submembrana y uno de los principales componentes estructurales de la célula.
lágrimas en la malla
Curiosamente, STORM reveló agujeros nunca antes vistos en la malla citoesquelética que también pueden ser críticos para su flexibilidad.
"Esto es un defecto en la red, pero podría haber una razón para ello", dijo Xu, quien también es un investigador de Chan Zuckerberg Biohub. "La célula querría cambiar de estructura rápidamente a medida que pasa por los capilares, ytener esos defectos ayuda a reorganizar la forma sin romper la malla. Puede actuar como un punto débil cuando intentan atravesar las cosas, pueden comenzar a doblarse alrededor de esos puntos ".
Xu en realidad descubrió el papel estructural clave de la espectrina. Mientras aún estaba en Harvard, usó STORM para observar la estructura esquelética de las neuronas y descubrió que las proteínas de actina forman anillos espaciados con precisión a lo largo de toda la longitud del axón, lo que puede serhasta un pie de largo, muy parecido a las costillas de una serpiente. Están separadas exactamente por 190 nanómetros, y cuando buscó en los libros de texto proteínas con esa longitud, se encontró con la espectrina. Posteriormente usó STORM para confirmar que en suEn estado estirado, las proteínas de espectrina son los espaciadores entre los anillos, manteniéndolos separados con precisión.
"El esqueleto anillado hace que el axón sea una estructura muy estable pero flexible", dijo Xu, mientras que el espaciado regular puede ser clave para su conductividad eléctrica.
La microscopía de superresolución emplea un truco para superar el límite de difracción de la microscopía de luz, que evita que los microscopios de luz convencionales resuelvan cosas más pequeñas que la mitad del tamaño de la longitud de onda de la luz, que para la luz visible es de unos 300 nanómetros.
STORM implica conectar una fuente de luz parpadeante a moléculas individuales y luego aislar la posición de cada luz independientemente de las demás, creando una imagen completa muy parecida a los artistas de la década de 1880 que desarrollaron el puntillismo, produciendo imágenes a partir de puntos individuales de pintura.
Por lo general, los químicos adjuntan estas fuentes intermitentes a todas las moléculas del mismo tipo en una célula, como todas las moléculas de actina, pero dado que solo un pequeño porcentaje de las fuentes parpadean en un momento dado, es posible señalar la ubicación exacta de cadaLa mejor resolución de hoy es de aproximadamente 10 nanómetros, dijo Xu, que es aproximadamente del tamaño de una sola proteína o molécula.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Berkeley . Original escrito por Robert Sanders. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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