Al crear nuevas herramientas que aprovechan la luz para explorar los misterios del comportamiento celular, los investigadores de Princeton han hecho descubrimientos sobre la formación de componentes celulares llamados orgánulos sin membrana y el papel clave que estos orgánulos juegan en las células.
En dos artículos publicados el 29 de noviembre en la revista Celda , investigadores de múltiples departamentos de Princeton informan sobre las condiciones que conducen a la formación de orgánulos sin membrana y el impacto que la formación tiene en el ADN celular.
Clifford Brangwynne, profesor asociado de ingeniería química y biológica y líder de los equipos de investigación, dijo que el desarrollo de los dos sistemas de captación de luz utilizados en la investigación puede resultar al menos tan significativo a largo plazo como los hallazgos de los documentos.Las herramientas desarrolladas por los investigadores permiten a los científicos sondear con precisión la separación de fases intracelulares, el proceso por el cual la materia líquida caótica dentro de las células se transforma en compartimentos celulares funcionales llamados orgánulos sin membrana.
Por mucho tiempo pasado por alto, se ha demostrado que estos orgánulos desempeñan papeles críticos en la salud humana. La pérdida de su consistencia similar a los fluidos, por ejemplo, está implicada en enfermedades como el cáncer, el Alzheimer y la esclerosis lateral amiotrófica ELA.El laboratorio de Brangwynne ha demostrado que los orgánulos sin membrana juegan un papel importante en el crecimiento celular. Y uno de los dos recientes Celda los documentos demuestran que también influyen en los genes que controlan el comportamiento celular.
"Estos sistemas tecnológicos que hemos desarrollado recientemente para controlar las transiciones de fase intracelular deberían demostrar ser herramientas poderosas para la investigación básica y tener muchas aplicaciones, particularmente con respecto a la salud humana", dijo Brangwynne, quien también es investigador del Instituto Médico Howard Hughes.
En el primer proyecto, los investigadores desarrollaron una herramienta llamada Corelets y la usaron para crear una descripción cuantitativa de la concentración de proteínas que impulsa la separación de fases en las células. Debido a que las concentraciones de proteínas ayudan a regular el ensamblaje de orgánulos sin membrana, la descripción, llamada fasediagrama, ayudará a los investigadores a investigar los mecanismos que crean los orgánulos en algunas regiones locales de la célula, pero no en otras. Eso, a su vez, podría indicar formas de tratar los ensamblajes de proteínas que salen mal.
El sistema Corelet utiliza proteínas fotosensibles genéticamente modificadas que cambian de forma y cambian su comportamiento cuando se exponen a la luz. Las proteínas, en este caso proteínas sanguíneas humanas llamadas ferritina, se agrupan en una pequeña esfera. La exposición a una luz azul hace que otras proteínasadherirse a la esfera de ferritina. Al alterar ciertos parámetros, los investigadores pueden usar la técnica para desencadenar la separación de fases en diferentes áreas de las células.
"Con estas herramientas activadas por la luz, hemos obtenido una visión sin precedentes para controlar las transiciones de fase dentro de las células", dijo Dan Bracha, investigador postdoctoral y autor principal del artículo de Corelets.
En el segundo artículo, los investigadores examinan cómo la formación de orgánulos sin membrana afecta el núcleo de la célula. Usando una segunda herramienta, llamada CasDrop, los investigadores observaron la cromatina, la mezcla de ADN, ARN y proteína dentro del núcleo. Descubrieron queA medida que los orgánulos sin membrana se forman dentro del núcleo, deforman la cromatina de maneras inesperadas. Demostraron que las gotas expulsan genes no deseados, pero pueden juntar simultáneamente genes específicos. Las gotas pueden funcionar como pequeñas máquinas mecánicamente activas para reestructurar elgenoma
El sistema CasDrop se basa en la revolucionaria tecnología de edición de genes llamada CRISPR, que utiliza una máquina de proteínas llamada Cas9, para abordar genes particulares en la célula. Brangwynne y sus colegas diseñaron Cas9 para funcionar como una plataforma, que al activarse la luz causa otras proteínaspara unirse al gen y separarse localmente en fases, formando pequeñas gotas de rocío en el campo de la cromatina.
Los coautores principales del artículo de CasDrop fueron Yongdae Shin, investigadora postdoctoral, y Yi-Che Chang, estudiante de doctorado en química.
Phillip Sharp, galardonado con el Premio Nobel y profesor en el Instituto Koch para la Investigación Integral del Cáncer en el Instituto de Tecnología de Massachusetts que no participó en los estudios, comentó que los hallazgos están avanzando en nuestra comprensión de los orgánulos sin membrana.
"Brangwynne y sus colegas han inventado un método novedoso para investigar cómo las interacciones entre proteínas forman condensados dinámicamente con propiedades de transición de fase en las células vivas", dijo Sharp. "Los dos documentos destacan descubrimientos interesantes en la interfaz de la física y la biología celular que conducirána nuevos tratamientos para enfermedades que van desde el cáncer hasta el Alzheimer ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Princeton, Escuela de Ingeniería . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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