Programando las células para organizar sus moléculas puede abrir la puerta a nuevos tratamientos.

15 de febrero de 2024

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por Renata Solan, Universidad de Wisconsin-Madison

Los investigadores pueden modificar células para expresar nuevos genes y producir proteínas específicas, lo que brinda a las células nuevas partes con las que trabajar. Sin embargo, es mucho más difícil proporcionar a las células instrucciones sobre cómo organizar y utilizar esas nuevas partes. Ahora, nuevas herramientas de investigadores de la Universidad de Wisconsin-Madison ofrecen una forma innovadora de resolver este problema.

Su investigación se publica en la revista Cell.

Todo lo que una célula hace depende de cómo se organizan las moléculas dentro de ella. Dentro de nuestras células, todas las células, las proteínas y otras moléculas experimentan organización y reorganización para llevar a cabo funciones celulares. Como una flota de trenes de cercanías que se mueven en intervalos programados a lo largo de diferentes rutas, las proteínas dentro de una célula se organizan en el tiempo y el espacio para llevar a cabo funciones complejas pero predecibles.

Aunque la necesidad de organizar moléculas dentro de una célula es universal en todos los organismos vivos, las proteínas y los mecanismos específicos responsables de esta organización varían. En un sistema específico de células bacterianas, por ejemplo, las proteínas MinD y MinE, conocidas colectivamente como MinDE, interactúan entre sí a lo largo de la membrana celular para producir patrones ondulantes que ayudan al movimiento de moléculas dentro de la célula.

Cuando las moléculas no se organizan correctamente dentro de una célula, puede tener graves consecuencias, como una división celular desigual y una comunicación inadecuada dentro y entre células, lo cual está asociado con trastornos del desarrollo y enfermedades como el cáncer.

En resumen, sabemos cómo proporcionar a las células algunas partes nuevas, pero es mucho más difícil proporcionar las instrucciones sobre cómo organizar y utilizarlas.

Los mecanismos mediante los cuales las moléculas se organizan e interactúan entre sí han sido afinados a lo largo de milenios de evolución. Cuando los científicos modifican células para producir nuevas moléculas, resulta difícil lograr que las células utilicen esas nuevas moléculas sin interrumpir involuntariamente otras funciones celulares naturales.

Los bioquímicos de la Universidad de Wisconsin-Madison han desarrollado una herramienta para controlar el movimiento y la organización de proteínas específicas en células de mamíferos sin afectar a otras proteínas. Su nueva herramienta aprovecha las ondas y oscilaciones derivadas de las interacciones entre las proteínas MinDE, que se encuentran solo en bacterias y no interfieren con la función celular de los mamíferos.

Al modificar las interacciones entre las proteínas MinDE y las proteínas de interés, los investigadores crearon patrones altamente específicos para organizar moléculas dentro de células de mamíferos e inducir comportamientos y funciones celulares. La herramienta permite a los investigadores ajustar y alterar los patrones en respuesta a estímulos, programando esencialmente moléculas para moverse alrededor de una célula hacia ubicaciones específicas con el tiempo.

Esta innovadora herramienta tiene múltiples usos potenciales para los científicos interesados en modificar actividades celulares específicas o estudiar la actividad celular en un organismo vivo.

Controlar la proporción de proteínas MinDE permite a los investigadores diseñar patrones de movimiento que determinan cómo se organizan las moléculas en una célula, lo que podría usarse para orquestar actividades celulares como el movimiento o la comunicación con otras células.

La variación en los patrones de movimiento también se puede utilizar para estudiar la actividad celular. Dado que cada proporción de proteínas MinDE emite un patrón oscilatorio único, las proteínas pueden insertarse en un grupo de células para otorgar a cada célula su propio patrón, una señal individual que permite a los investigadores observar cada célula con mayor facilidad.

Los científicos también pueden utilizar los patrones únicos para analizar los patrones de señalización de la célula con el fin de aprender sobre la forma, ubicación y actividad de señalización de cada célula individual. Los investigadores del laboratorio Coyle de la Universidad de Wisconsin-Madison comparan este uso de la herramienta con un dial de radio FM porque les permite sintonizar los datos únicos que cada célula emite en un sistema multicelular, una tarea que normalmente es muy difícil.

El laboratorio Coyle planea continuar explorando las aplicaciones de esta herramienta, incluido el estudio de la dinámica de las vías de señalización en tumores, un ejemplo clásico de comportamiento y función celular alterados.

Proporcionado por Universidad de Wisconsin-Madison