Una nueva y poderosa técnica permite a los científicos estudiar cómo las proteínas cambian de forma dentro de las células

En la imagen: Crédito: CC0 Public Domain

 

Comprender cómo las proteínas se doblan, retuercen y cambian de forma a medida que realizan su trabajo en las células es de enorme importancia para comprender la biología y las enfermedades normales. Pero una comprensión profunda de la dinámica de las proteínas en general ha sido difícil de alcanzar debido a la falta de buenos métodos de obtención de imágenes de las proteínas en funcionamiento. Ahora, por primera vez, los científicos de la Facultad de Medicina de la UNC han inventado un método que podría permitir que este campo dé un gran salto adelante.

 

La nueva técnica de "binder-tag" de los científicos, descrita en un artículo en Cell , permite a los investigadores identificar y rastrear proteínas que están en una forma o "conformación" deseada, y hacerlo en tiempo real dentro de las células vivas . Los científicos demostraron la técnica en, esencialmente, películas que rastrean la versión activa de una proteína de señalización importante, una molécula, en este caso, importante para el crecimiento celular.

 

"Nadie ha podido desarrollar un método que pueda hacer, de una manera tan generalizable, lo que hace este método. Así que creo que podría tener un impacto muy grande", dijo el coautor principal del estudio, Klaus Hahn, Ph.D. , Profesor Distinguido de Farmacología Ronald G. Thurman y director del Centro de Imágenes UNC-Olympus, en la Facultad de Medicina de la UNC.

 

El trabajo fue una colaboración entre el laboratorio de Hahn y el laboratorio del experto en análisis de imágenes Timothy Elston, Ph.D., profesor de farmacología y codirector del Programa de Medicina Computacional de la Facultad de Medicina de la UNC.

 

Filmando lo muy pequeño

 

El nuevo método, como todas las técnicas de imágenes biológicas, aborda el problema fundamental de que muchas de las moléculas que actúan en las células vivas no se pueden visualizar de forma directa y precisa con un microscopio óptico ordinario. En las escalas donde operan las proteínas, la luz fluye en enormes ondas que se doblan alrededor de las cosas y no pueden representar los objetos con nitidez.

 

Un enfoque a este problema, especialmente cuando las proteínas necesitan ser fotografiadas en sus hábitats normales de células vivas, ha sido etiquetar las proteínas objetivo con balizas fluorescentes, de modo que al menos las emisiones de luz de las balizas puedan verse y capturarse directamente con microscopía. por ejemplo, para mapear los lugares donde una proteína en particular trabaja en una célula. Una técnica llamada FRET (transferencia de energía resonante de Förster), que se basa en efectos cuánticos exóticos, incorpora pares de balizas de este tipo en proteínas objetivo de tal manera que su luz cambia a medida que cambia la conformación de la proteína. Esto permite algún estudio de la dinámica de las proteínas a medida que cambian de forma dentro de las células. Pero FRET y otros métodos existentes tienen limitaciones, como señales fluorescentes débiles, que limitan en gran medida su utilidad.

 

El nuevo método de etiqueta de unión comienza con la inserción de una pequeña "etiqueta" molecular dentro de una proteína en estudio y el uso de una molécula separada que se une a la etiqueta solo cuando la proteína que contiene la etiqueta toma una determinada forma o conformación, como como cuando la proteína está activa para ayudar a una célula a realizar una función particular. La colocación de balizas fluorescentes apropiadas dentro del aglutinante y / o la molécula de etiqueta permite que un investigador obtenga imágenes, a lo largo del tiempo, de las ubicaciones precisas de las proteínas etiquetadas que se encuentran en una conformación particular de interés.

 

Las moléculas individuales seguidas dentro de las células vivas. Cuando cambian de color, han adoptado una nueva conformación, algo que los científicos no podían ver ni estudiar previamente. Crédito: Hahn / Elston, Facultad de Medicina de la UNC

 

El método es compatible con una amplia gama de balizas, incluidas las mucho más eficientes que las parejas de balizas interactivas necesarias para FRET ordinario. Binder-tag incluso se puede usar para construir sensores FRET más fácilmente, dijo Hahn. Además, las moléculas de etiqueta de unión se eligieron de modo que nada en las células pueda reaccionar con ellas e interferir con su función de formación de imágenes.

 

El resultado neto, según Hahn, es una técnica robusta que, en principio, puede manejar una amplia variedad de estudios de dinámica de proteínas que antes estaban fuera de su alcance, incluidos estudios de proteínas que solo están escasamente presentes en las células.

 

En el artículo de Cell , Hahn y sus colegas discuten varias demostraciones de prueba de principio. Utilizaron el nuevo método para obtener imágenes de una importante proteína de señalización del crecimiento llamada Src para revelar, con un detalle sin precedentes, cómo forma pequeñas islas de actividad. Esto, a su vez, permitió a los investigadores analizar los factores que afectan las funciones biológicas de la proteína.

 

"Con este método podemos ver, por ejemplo, cómo las diferencias microambientales en una célula afectan, a menudo profundamente, lo que hace una proteína", dijo Hahn.

 

Ahora los investigadores están utilizando la técnica para mapear la dinámica de otras proteínas importantes. También están haciendo más demostraciones para mostrar cómo la etiqueta de unión se puede adaptar para capturar la dinámica de estructuras y funciones de proteínas muy diversas, no solo proteínas que funcionan como Src.

Los científicos prevén que la etiqueta de unión se convertirá en última instancia en una técnica habilitadora básica para estudiar proteínas normales, estructuras multimoleculares más grandes en las células e incluso las proteínas disfuncionales asociadas con enfermedades como el Alzheimer.

 

"Para muchas enfermedades relacionadas con las proteínas, los científicos no han podido comprender por qué las proteínas comienzan a hacer lo incorrecto", dijo Hahn. "Las herramientas para obtener esa comprensión simplemente no han estado disponibles".

 

Publicación: 19/Octubre/2021

Fuente:
Phys.org

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