Datos precisos sobre agregados moleculares dinámicos en células por primera vez
Gracias a un nuevo método de microscopía, los investigadores han podido cuantificar por primera vez en células vivas pequeños agregados moleculares dinámicos que desempeñan un papel importante en el procesamiento de señales.
En las células, muchos procesos vitales tienen lugar en agregados moleculares sin membrana. Estos agregados garantizan que las moléculas implicadas estén presentes en la concentración y proximidad adecuadas. Investigadores del clúster de excelencia CIBSS de la Universidad de Friburgo y la Universidad de Cambridge (Reino Unido) han podido observar y analizar por primera vez la formación de estos condensados en células vivas. En Nature Communications, describen que no sólo principios físicos, sino también mecanismos de control activo regulan su crecimiento. Los protocolos experimentales y los programas de análisis ya están disponibles de forma gratuita y hacen posible la investigación de pequeños agregados incluso para los laboratorios menos especializados.
Si las moléculas del interior de una célula estuvieran distribuidas al azar, ésta no sería viable. Sólo dividiéndola en compartimentos especializados pueden tener lugar muchos procesos bioquímicos de forma coordinada. En parte, estos compartimentos están separados entre sí por membranas, pero una separación también funciona sin una cubierta exterior. Especialmente estos agregados moleculares sin membrana, también llamados condensados, cumplen importantes funciones biológicas porque su tamaño y número son especialmente flexibles. Se supone que se forman mediante el proceso físico conocido como separación de fases líquido-líquido.
"Estos condensados son un importante mecanismo de control en las células porque pueden acelerar o ralentizar procesos bioquímicos según sea necesario", explica el Prof. Dr. Thorsten Hugel. Hugel es miembro del Cluster of Excellence CIBSS - Centre for Integrative Biological Signalling Studies de la Universidad de Friburgo y ha dirigido el presente estudio junto con el Prof. Dr. Aleks Reinhardt de la Universidad de Cambridge.
Los condensados más pequeños son más difíciles de estudiar
El modo en que los condensados ayudan a la célula a procesar las señales biológicas y los estímulos ambientales está aún muy poco estudiado, afirma Hugel. "La mayoría de las investigaciones se centran en condensados grandes y estáticos porque son más fáciles de estudiar. Pero estos grandes condensados no suelen ser más que la fase final de un largo proceso. Mucho más interesantes son los condensados pequeños que crecen y decaen dinámicamente", explica. El problema: están formados por relativamente pocas moléculas y son demasiado pequeños y rápidos incluso para que los métodos de microscopía de alta resolución puedan estudiarlos en células vivas.
Un nuevo método sortea las limitaciones técnicas
En el estudio actual, los investigadores de Friburgo y Cambridge han descrito una forma de sortear estas limitaciones técnicas. Para ello, utilizaron microscopía de fluorescencia de alta resolución convencional con un láser oblicuo, la llamada microscopía HILO, y la combinaron con un procedimiento experimental especial y métodos de análisis asistidos por IA.
El crecimiento no puede explicarse sólo por procesos físicos
Los investigadores compararon las mediciones así realizadas en células vivas con los supuestos teóricos sobre la formación de condensados. "Los resultados nos sorprendieron", afirma Reinhardt, investigador del Departamento de Química de la Universidad de Cambridge. "Para los condensados que investigamos en este estudio, el crecimiento inicial sigue los modelos físicos. Es lo que cabría esperar de este tipo de procesos. Sin embargo, a partir de cierto tamaño, este crecimiento se detiene de repente".
El crecimiento de los agregados de NELF está regulado por señales de estrés
En el estudio actual, los investigadores examinaron agregados de la proteína NELF. Estos agregados proteínicos se forman cuando una célula sufre estrés, por ejemplo por calor, o cuando se forman agregados de otras proteínas, como ocurre en la demencia y otras enfermedades neurogenerativas. "Al formar condensados en el núcleo, NELF inhibe la expresión de los genes", explica el Dr. Ritwick Sawakar, coautor del estudio, resumiendo la función natural de la proteína. "Esta inhibición es importante para que la célula sobreviva al estrés". Sawakar también ha trabajado en el CIBSS y actualmente investiga en la Unidad de Toxicología del MRC de la Universidad de Cambridge.
Los científicos* han podido observar ahora que muchos pequeños condensados de NELF están presentes en las células incluso en ausencia de estrés. "Fuera de una célula, cabría esperar que los condensados siguieran creciendo una vez alcanzado un tamaño crítico. En las células vivas, sin embargo, sólo parecen hacerlo cuando la célula está sometida a estrés", describe Reinhardt el resultado. Los investigadores concluyen que los condensados NELF se mantienen activamente pequeños hasta que las señales de estrés liberan de nuevo el crecimiento.
Los agregados de proteínas son probablemente un importante mecanismo de procesamiento de señales
Según los científicos, este proceso, que parece complicado a primera vista, es probablemente esencial para el procesamiento de las señales de estrés: "Los condensados más grandes pueden formarse con especial rapidez y los pequeños pueden disolverse muy rápidamente", explica Hugel. "Esto permite a la célula reaccionar a tiempo ante el estrés".
Se cree que los agregados de proteínas tienen muchas funciones diferentes y fundamentales para el procesamiento de señales en las células. El nuevo método de microscopía permite ahora comprender estas funciones de forma exhaustiva. También permite investigar el papel de los agregados proteicos en enfermedades como la demencia, el Alzheimer o la enfermedad de Huntington. A largo plazo, una mejor comprensión de este fenómeno también podría ayudar al diagnóstico o al desarrollo de terapias para tales enfermedades.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Alemán se puede encontrar aquí.
Publicación original
Chenyang Lan, Juhyeong Kim, Svenja Ulferts, Fernando Aprile-Garcia, Sophie Weyrauch, Abhinaya Anandamurugan, Robert Grosse, Ritwick Sawarkar, Aleks Reinhardt, Thorsten Hugel; "Quantitative real-time in-cell imaging reveals heterogeneous clusters of proteins prior to condensation."; Nature Communications (2023).
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