Por primera vez, Los científicos han obtenido imágenes del proceso por el cual una molécula del sistema inmunológico individual se enciende en respuesta a una señal del medio ambiente. lo que lleva al descubrimiento crítico de que el proceso de activación involucra a cientos de proteínas que se unen repentinamente para formar una red vinculada a través de un proceso conocido como transición de fase.

El nuevo trabajo descrito en un artículo publicado recientemente en Ciencias , proporciona un enorme avance en nuestra comprensión de cómo el sistema inmunológico está finamente ajustado para detectar incluso una sola molécula de virus en medio de un mar de millones de otras moléculas, lo que nos permite recuperarnos rápidamente de infecciones virales como la gripe. Al aprender cómo funcionan estas proteínas en particular, Los científicos también comprenderán mejor por qué su actividad a veces falla:eventos que pueden conducir a enfermedades autoinmunes, como la diabetes o la artritis reumatoide, y puede proporcionar información única sobre cómo dirigir el propio sistema inmunológico de un paciente con cáncer para curar el cáncer.

"Esto es algo que sucede dentro de una célula viva durante el proceso de toma de decisiones por parte de la célula (la transducción de señales es lo que llamamos) y así es como las células 'piensan' con reacciones químicas, "dijo el líder del estudio Jay Groves, un químico de la facultad en el Área de Biociencias del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía (Berkeley Lab). "En el campo de la biología en su conjunto, La idea de una transición de la fase de condensación de proteínas ha ganado mucha atención recientemente. Muchos grupos de todo el mundo estudian estos fenómenos, pero hasta ahora nadie sabía cómo o por qué la célula los estaba usando.

"Nuestro papel es, Yo creo, el primero en probar y confirmar directamente cómo una transición de fase puede regular la señalización, "Dijo Groves." Y el gran descubrimiento es que es un mecanismo de sincronización molecular. La célula está usando el tiempo para distinguir una estimulación del receptor genuino del ruido químico de fondo ".

Estudiar un mensajero celular esencial

La revelación del equipo se produjo como parte de la investigación en curso del laboratorio de Groves sobre los mecanismos físicos de la señalización de las células T y la proteína Ras. Se encuentra en todas las células eucariotas en múltiples variaciones, Ras usa muchos sombreros, incluyendo actuar como regulador del crecimiento celular, división, y muerte. Células T, las células del sistema inmunológico que detectan infecciones extrañas y potencialmente dañinas, use Ras como un interruptor de encendido y apagado para la vía de alerta de intrusos que lanza una respuesta protectora. La capacidad de las células T para distinguir una señal externa real, cuando una molécula extraña se une con el receptor de células T (TCR) en la superficie celular, de un contacto inadvertido con proteínas cercanas, es fundamental para el funcionamiento del sistema inmunológico. Si una célula T reacciona accidentalmente a una de nuestras propias moléculas, entonces puede desarrollarse una enfermedad autoinmune. Al mismo tiempo, si una célula T pierde su sensibilidad, entonces los virus podrán crecer sin control y las células cancerosas no serán eliminadas del cuerpo.

Debido a las amplias implicaciones para la salud humana, Los científicos se han preguntado durante mucho tiempo cómo las células regulan sus señales para lograr este equilibrio. Investigaciones anteriores habían revelado que las proteínas Ras de una célula T no interactúan directamente con los receptores celulares. En lugar de, los receptores envían la señal de "encendido" a las proteínas intermedias internas, incluyendo un grupo clave de tres proteínas, conocido como LAT, Grb2, y SOS, que finalmente pasan la señal a Ras. Antes de este estudio, Los científicos sabían que este trío molecular podría unirse en un proceso de transición de fase, pero nadie sabía qué estaba haciendo la transición de fase. Y hasta hace poco era imposible de entender, porque no había tecnología que permitiera a los científicos monitorear directamente la actividad de moléculas individuales en sistemas complejos de membranas celulares.

El equipo de investigación eliminó este obstáculo inventando un enfoque basado en microarrays de membranas compatibles, una tecnología que el equipo ha estado desarrollando durante muchos años que utiliza andamios hechos de estructuras nanofabricadas para sujetar las membranas celulares.

Transiciones de fase en el trabajo

En el estudio actual, Los científicos utilizaron microscopía para observar el momento en que un receptor de células T en un microarreglo de membrana con soporte solicitaba que se activara una sola molécula SOS. En lugar de responder de inmediato, SOS esperó de 10 a 30 segundos antes de pasar a su estado activo. Si las moléculas cercanas de LAT y Grb2 experimentaron la transición de fase con SOS, y condensados ​​en su estado ensamblado, podrían mantener SOS en la membrana el tiempo suficiente para que SOS se active. Sin la transición de fase, la larga demora en la molécula SOS evitaría que se activara antes de que abandonara el receptor.

"Es como si la proteína tuviera un retraso incorporado, "explicó Groves." Necesita la transición de fase combinada con señalización sostenida, y solo entonces se encenderá ".

Aunque esta investigación fue específica para la señalización de células T, Groves y sus colegas creen que los mecanismos de tiempo de transición de fase similares probablemente estén involucrados en una variedad de otras respuestas celulares. Ahora que establecieron una técnica experimental probada para observar la activación molecular de tales procesos, el equipo espera desentrañar misterios más antiguos sobre cómo las células realizan tantas tareas complejas.