O nouă metodă de imagistică dezvăluie interacțiunile moleculare ascunse în celule
Celulele sunt locuri aglomerate și dinamice, unde mii de molecule interacționează în spații restrânse.
Până acum, oamenii de știință nu dispuneau de o metodă fiabilă pentru a observa aceste interacțiuni moleculare pe parcursul desfășurării lor.
Cercetătorii de la Universitatea din Illinois Chicago au dezvoltat o nouă tehnică de imagistică care permite vizualizarea activităților enzimelor anterior ascunse în regiunile mici ale celulelor. Rezultatele, publicate în Proceedings of the National Academy of Sciences, deschid noi perspective în înțelegerea modului în care celulele procesează informația.
Aceasta ar putea ajuta oamenii de știință să înțeleagă mai bine cum acționează sau eșuează medicamentele prin arătarea exactă a locurilor unde au loc semnalele celulare în timp real.
„Am descoperit o lentilă interesantă pentru caracteristicile moleculare foarte mici utilizate de o celulă”, a declarat Gary Mo.
Alți autori ai studiului sunt Kriti Srivastava, Kevin P. Schnur și Kay Petruzzi.
De ce uneori imagistica biosenzorilor eșuează
Oamenii de știință au folosit de mult timp uneltele numite biosenzori, care sunt molecule fluorescente ce detectează evenimente în celule și apoi raportează despre activitatea lor.
„Un biosenzor este orice poate simți schimbări de mediu în celulă”, a explicat Srivastava. Dacă o celulă este asemănătoare cu un oraș, iar fiecare moleculă este un locuitor al acestuia, biosenzorii sunt ca investigatorii privați care urmăresc și raportează despre ceea ce fac oamenii. Ei sunt ochii și urechile moleculare care informează oamenii de știință despre ceea ce se întâmplă în celulele vii.
Biosenzorii pot fi pozitivi sau negativi, ceea ce înseamnă că fie „se luminează”, fie „devin întunecați” atunci când detectează evenimente în celulă. Din păcate, biosenzorii negativi au fost adesea inutilizabili pentru cercetători.
Mo a explicat că problema este similară cu purtarea de verde în fața unui ecran verde: detalii importante dispar. „Pentru că acești biosenzori devin întunecați, unele părți ale prim-planului, unde se desfășoară acțiunea, se amestecă cu fundalul”, a spus Mo. Rezultatul este că unele regiuni cu activitate enzimatică ridicată pot, din greșeală, să arate identic cu regiunile fără activitate.
Transformarea semnalelor inutilizabile în imagini clare
Pentru a aborda această problemă, echipa de la UIC a dezvoltat o tehnică numită Fluctuation Increase Negated by Intra-Chain, sau FINICI. Această abordare transformă citirea optică a fiecărui biosenzor negativ într-unul pozitiv, ușor de citit. Aceasta permite cercetătorilor să utilizeze biosenzorii negativi existenți, fără a fi necesar să-i redeseneze de la zero, ceea ce poate dura ani de zile.
Folosind tehnica FINICI, echipa a imaginat activitatea a trei molecule: Src kinase, Syk kinase și cGMP.
Pentru Src kinase, o proteină asociată cu cancerul și mișcarea celulară, echipa a descoperit explozii de activitate în zone mici ale membranei celulare, inclusiv în rafts lipidice bogate în colesterol. Unele dintre aceste regiuni active au apărut temporar înainte de a dispărea, în timp ce altele au persistat mai mult, diferențe care nu sunt vizibile în măsurătorile tradiționale la nivelul întregii celule.
Echipa a constatat, de asemenea, că molecula de semnalizare cGMP forma mici clustere care erau rapid copleșite pe măsură ce semnalul se răspândea în celulă.
În celulele imune, enzima Syk era cea mai activă aproape de scheletul intern al celulei, mai degrabă decât în apropierea receptorilor care o activează.
Împreună, aceste descoperiri arată că semnalele critice sunt controlate de locul în care acționează moleculele în celulă – ca în imobiliare, locația este extrem de importantă. „Trebuie să fii în cameră pentru a face treaba”, a spus Mo. „Dacă o enzimă nu este în locul potrivit, nu contează dacă este activă – poate face treaba, dar nu va reuși.”
Implicarea descoperirilor lor, au afirmat Mo și Srivastava, depășește cu mult laboratorul. Multe medicamente sunt concepute pentru a viza enzime și căi de semnalizare, iar eficiența acestora poate depinde de această problemă a locației.
„Semnalele celulare determină modul în care funcționează medicamentele”, a declarat Mo. „Moleculele de medicamente interacționează direct cu moleculele din celulele tale, iar vizualizarea acestor detalii este un pas semnificativ care ajută la înțelegerea și îmbunătățirea modului în care acestea funcționează.”
