Esquemas del mecanismo de agrupamiento CRY2PHR activado por luz azul. En este sistema optogenético, La agrupación CRY2 (azul y rosa) se controla de forma reversible mediante la luz azul. Si CRY2 está vinculado a proteínas fluorescentes (verde), la sincronización y las características de la agrupación se pueden visualizar y medir con un microscopio confocal. Los científicos plantean la hipótesis de que si las proteínas fluorescentes se ensamblan previamente en pares o en pequeños grupos (b), la técnica conduce a racimos fluorescentes más grandes. Crédito:Instituto de Ciencias Básicas
Uno de los desafíos actuales de la biología es comprender los fenómenos que cambian rápidamente. Curiosamente, solo una pequeña fracción de ellos se debe a proteínas que actúan de forma aislada, la mayoría de los eventos biológicos están regulados por proteínas que actúan juntas en grupos. Investigadores del Centro de Cognición y Socialidad, dentro del Instituto de Ciencias Básicas (IBS), han desarrollado una nueva herramienta, llamado "CRY2clust", para desencadenar la formación de grupos de proteínas en respuesta a la luz azul. Esta nueva técnica tiene una tasa de respuesta mucho más rápida y una mayor sensibilidad a la luz que los métodos existentes. Publicado en Comunicaciones de la naturaleza , esta nueva herramienta podría hacer avanzar nuestro conocimiento sobre innumerables mecanismos moleculares y celulares.
CRY2clust se basa en una proteína fotorreceptora llamada criptocromo 2 (CRY2), derivado de la planta Arabidopsis thaliana. CRY2 media el crecimiento y desarrollo de las plantas, y mas especificamente, una parte de CRY2, conocida como región de homología de fotoliasa CRY2 (CRY2PHR), hace que esta proteína se reúna en respuesta a la porción azul de la luz solar.
Las características de CRY2PHR ya han atraído la atención de los científicos, que lo convirtió en una herramienta para la optogenética, una técnica innovadora basada en la biología y la óptica que permite el control artificial de eventos biológicos con luz láser. Gracias a la optogenética, Las actividades celulares bien definidas se pueden activar y desactivar fácilmente en lugares y horarios específicos. Por ejemplo, la proteína de interés unida a CRY2PHR se junta en presencia de luz azul y se desmonta cuando se apaga la luz, resultando en diferentes efectos biológicos. Sin embargo, Los científicos han informado que la eficiencia de estos sistemas varía drásticamente según el tipo de proteínas diana unidas a CRY2PHR, limitando su uso. El equipo de IBS ha buscado mejorarlo:"La estructura 3D de CRY2 aún no se ha definido, por lo que hemos estado probando diferentes estrategias para comprender cómo funciona dentro de las células y hacerlo más eficiente, "explica KIM Na Yeon, un estudiante de doctorado en el equipo.
Comparación del OPTOSTIM1 original (con CRY2PHR) y OPTOSTIM1 con el nuevo CRY2clust. En este experimento, CRY2PHR o el CRY2clust recientemente desarrollado se unieron a una proteína que regula la apertura de los canales de calcio en la célula. La luz azul induce a este regulador de los canales de calcio a agruparse y, como consecuencia, los canales de calcio se abren. El análisis de la ingesta de calcio por las células mostró que el nuevo CRY2clust es dos veces más rápido. Una intensidad más alta (amarillo-blanco) significa que ingresó más calcio a la célula.
La nueva herramienta optogenética desarrollada por investigadores del IBS, CRY2clust, consta de CRY2PHR más 9 residuos de aminoácidos, que han sido diseñados para maximizar su rendimiento. En comparación con otros sistemas optogenéticos derivados de CRY2, como CRY2olig, CRY2clust desencadena una asociación y disociación de proteínas más rápida, cuando la luz se enciende y se apaga, respectivamente. Es funcional con una intensidad de luz azul más baja (90 microvatios / mm2). Es más, ya que no se acumula en estructuras nucleares, llamados motas nucleares, podría ser útil estudiar los procesos nucleares.
El equipo aplicó CRY2clust con éxito a dos herramientas optogenéticas disponibles:OptoSTIM1 y Raf1. En 2015, el mismo centro de investigación del SII creó un regulador de los canales de calcio controlado por luz, OptoSTIM1, y lo usó para mejorar la memoria del mouse. En ambos casos, la sustitución de CRY2PHR por CRY2clust aumentó la velocidad y el rendimiento de los sistemas.
"Hemos presentado una nueva herramienta optogenética dinámica para estudiar la homooligodimerización de proteínas, que se está agrupando, que podría ser útil para la caja de herramientas del biólogo, "concluye el profesor HEO Won Do, el autor principal de este estudio. El equipo ahora está trabajando en el desarrollo de nuevos sistemas optogenéticos para usar en neurociencia.
