¿Qué desencadena el mecanismo de muerte celular programada?
Desarrollo y combinación de diversas técnicas microscópicas y espectroscópicas
¿Cómo analizar estructuras moleculares cuando la resolución de las técnicas disponibles no es suficiente? Investigadores de los campos de la física, la química y la medicina de la Universidad Heinrich Heine de Düsseldorf (HHU) han combinado y perfeccionado diversas técnicas microscópicas y espectroscópicas para examinar una disposición proteínica en la membrana celular que es importante para la "muerte celular programada". Ahora describen en la revista científica Science Advances las circunstancias en las que reacciona el receptor CD95, responsable de la muerte celular.
Modelo de la activación de la señal resultante de las mediciones: Tras la interacción con el ligando CD95, el receptor CD95 altera su disposición y conformación, provocando la formación de pequeños complejos proteicos.
HHU / Cornelia Monzel
Imagen STED de los receptores CD95 en la membrana celular. Para cada punto de receptor fluorescente se analizan el brillo (número de fotones por píxel) y la desviación estándar del tamaño del punto (σ). Además del uso de la microscopía STED, se siguieron desarrollando la espectroscopía de imagen de transferencia de energía por resonancia de Förster (FRET) y el análisis de pasos de fotoblanqueo.
HHU / Cornelia Monzel
En las células biológicas, la inmensa mayoría de las estructuras funcionales están formadas por moléculas proteicas. Para comprender la función de las proteínas, es preciso conocer su estructura tridimensional. También es importante registrar su disposición espacial y su interacción dinámica entre sí y con otras proteínas de su entorno inmediato y más amplio, ya que estos factores desencadenan con frecuencia su función.
Obtener esta información es muy complejo y estas mediciones se encuentran en parte en los límites de lo técnicamente posible. Como las estructuras proteínicas relevantes suelen tener un tamaño de entre uno y cien nanómetros (nm; la milmillonésima parte de un metro), no pueden resolverse con microscopios ópticos convencionales. Las técnicas avanzadas de alta resolución, como la "microscopía de depleción de emisión estimulada" (abreviado: microscopía STED), galardonada con el Premio Nobel de Química en 2014, tampoco son suficientes por sí solas.
Un equipo de investigación dirigido por la profesora Dra. Cornelia Monzel (Instituto de Física Médica Experimental) y el profesor Dr. Claus A. M. Seidel (Cátedra de Química Física Molecular) ha combinado ahora varias técnicas para comprender el modo de funcionamiento del denominado receptor CD95 en la superficie de las membranas celulares. El objetivo era determinar la disposición molecular completa y la interacción del receptor necesarias para desencadenar una señal celular.
El receptor CD95 tiene una importancia fundamental para las células: La señal que, en última instancia, conduce a la muerte celular controlada o programada - "apoptosis"- se inicia a través de esta proteína. El profesor Monzel, uno de los dos autores correspondientes del estudio: "En el día a día, esta vía de señalización es responsable de que no crezcamos constantemente, al garantizar que mueran tantas células existentes como nuevas se crean. También desempeña un papel importante en muchos otros procesos, como el desarrollo de los seres vivos, la cicatrización de heridas y la terapia del cáncer."
Este receptor sólo mide unos 20 nm. La Dra. Nina Bartels, una de las dos autoras principales del estudio, que acaba de publicarse en Science Advances: "Como no podemos resolver directa y claramente estas estructuras minúsculas con técnicas de alta resolución, tuvimos que desarrollar aún más diversas técnicas microscópicas y espectroscópicas y combinarlas".
Además de la microscopía STED, que puede resolver estructuras de hasta 40 nm, los investigadores de Düsseldorf también han desarrollado aún más la llamada espectroscopia de imagen por transferencia de energía de resonancia de Förster (FRET) y el análisis de pasos de fotoblanqueo. Como resultado, pueden medir el número, la distribución y la interacción del receptor en la membrana hasta unos pocos nanómetros.
El Dr. Nicolaas van der Voort, segundo autor principal del estudio: "A partir de nuestras mediciones, hemos podido desarrollar un modelo claro de los procesos necesarios para activar el receptor CD95 y controlar así la muerte celular. Para activar la señal de muerte celular, sólo el 15% de todos los receptores CD95 de la membrana celular necesitan unirse de dos en dos o de tres en tres alrededor de otra proteína, el llamado ligando CD95".
El profesor Seidel, otro de los autores del estudio, señala los aspectos de mayor alcance de los resultados de la investigación: "Además de los hallazgos relacionados con la activación de la muerte celular controlada, este trabajo describe importantes avances microscópicos y espectroscópicos, que pueden trasladarse a muchas otras cuestiones biológicas y médicas."
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 Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Nina Bartels, Nicolaas T. M. van der Voort, Oleg Opanasyuk, Suren Felekyan, Annemarie Greife, Xiaoyue Shang, Arthur Bister, Constanze Wiek, Claus A. M. Seidel, Cornelia Monzel; "Advanced multiparametric image spectroscopy and super-resolution microscopy reveal a minimal model of CD95 signal initiation"; Science Advances, Volume 10
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