Pequeños pero poderosos, los lisosomas juegan un papel sorprendentemente importante en las células a pesar de su diminuto tamaño. Estos pequeños sacos, que representan solo entre el 1 y el 3 % del volumen de la célula, son los centros de reciclaje de la célula y albergan enzimas que descomponen las moléculas innecesarias en pequeños fragmentos que luego se pueden volver a ensamblar para formar otros nuevos. La disfunción lisosomal puede conducir a una variedad de enfermedades neurodegenerativas o de otro tipo, pero sin formas de estudiar mejor el contenido interno de los lisosomas, las moléculas exactas involucradas en las enfermedades y, por lo tanto, los nuevos medicamentos para atacarlas siguen siendo difíciles de alcanzar.

Un nuevo método, reportado en Nature el 21 de septiembre, permite a los científicos determinar todas las moléculas presentes en los lisosomas de cualquier célula en ratones. Estudiar los contenidos de estos centros de reciclaje molecular podría ayudar a los investigadores a aprender cómo la degradación inadecuada de los materiales celulares conduce a ciertas enfermedades. Dirigido por Monther Abu-Remaileh de la Universidad de Stanford, académico del instituto en Sarafan ChEM-H, el equipo del estudio también aprendió más sobre la causa de una enfermedad neurodegenerativa actualmente intratable conocida como enfermedad de Batten, información que podría conducir a nuevas terapias.

"Los lisosomas son fascinantes tanto fundamental como clínicamente:suministran nutrientes al resto de la célula, pero no siempre sabemos cómo y cuándo los suministran, y son los lugares donde comienzan muchas enfermedades, especialmente las que afectan al cerebro". ”, dijo Abu-Remaileh, quien es profesor asistente de ingeniería química y genética.

Algunas proteínas que normalmente se encuentran en los lisosomas están vinculadas a una serie de enfermedades. Las mutaciones en las instrucciones genéticas para producir esas proteínas conducen a estos "trastornos de almacenamiento lisosomal", como se les llama colectivamente, pero las funciones de algunas de estas proteínas han desconcertado a los científicos durante mucho tiempo. La información sobre cómo funcionan estas proteínas podría ayudar a los científicos a desarrollar mejores formas de diagnosticar, monitorear o tratar estas enfermedades.

Si los científicos quieren estudiar el papel que juega una proteína en particular en la célula, pueden bloquear o estimular su función y ver si ciertas moléculas aparecen o desaparecen en respuesta. Pero estudiar el contenido de los lisosomas es un problema de escala. "Si algo sucede y una molécula crece en abundancia 200 veces en el lisosoma, vería solo un aumento del doble si observa la célula completa", dijo Nouf Laqtom, primer autor del estudio. Los resultados reveladores quedan enterrados en el ruido.

Para silenciar el ruido, los investigadores tendrían que separar los lisosomas de todo lo demás en la célula. Anteriormente habían desarrollado un método para hacer exactamente eso en células cultivadas en laboratorios, pero querían desarrollar una forma de hacer lo mismo en ratones.

Pesca de imanes

El primer paso en su búsqueda para aislar los lisosomas fue hacer un pequeño cambio en los genes de los ratones para instalar una pequeña etiqueta molecular en la superficie de cada lisosoma en todo el animal. En cualquier momento, cuando quieren detenerse y verificar las moléculas en los lisosomas del ratón, como después de ayunar o darles un alimento específico, encienden la etiqueta en las células que quieren examinar, y luego extraen el tejido y lo muelen con cuidado. para abrir las células sin alterar los lisosomas del interior.

Para pescar lisosomas del lodo celular, el equipo se basa en imanes. A su mezcla agregan diminutas perlas magnéticas que están decoradas con abrazaderas moleculares que sujetan la etiqueta lisosomal que habían instalado previamente. Pueden recolectar selectivamente todos los lisosomas usando un segundo imán y luego romper los lisosomas para revelar las moléculas que se habían metido de manera segura dentro. La espectrometría de masas, un conjunto de herramientas que determina los pesos de diferentes moléculas en una mezcla, luego ayuda a los investigadores a identificar a los individuos en su popurrí molecular lisosomal. Aquellos que crecen o disminuyen señalarían a los científicos ciertas vías o funciones.

Excepto por la pequeña etiqueta adicional en cada lisosoma, estos ratones "LysoTag" son, por lo demás, ratones de laboratorio normales. Ahora, casi cualquier investigador puede usar estos ratones para estudiar el papel de los lisosomas en diferentes enfermedades.

"Estos ratones están disponibles gratuitamente para que los use cualquier miembro de la comunidad de investigación, y la gente ya está comenzando a usarlos", dijo Abu-Remaileh. "Esperamos que esto se convierta en el estándar de oro".

Saber dónde buscar

El equipo estaba ansioso por aplicar su método para estudiar los lisosomas que se encuentran en las células cerebrales para comprender mejor las enfermedades neurodegenerativas de almacenamiento lisosomal, comenzando con la enfermedad CLN3 o la enfermedad de Batten juvenil. "Realmente vemos esto como uno de los problemas más urgentes que podemos ayudar a resolver", dijo Abu-Remaileh.

Causada por una mutación en el gen que codifica una proteína llamada CLN3, la enfermedad de Batten juvenil es fatal y conduce a la pérdida de la visión, convulsiones y deterioro motor y mental progresivo en niños y adultos jóvenes. La proteína CLN3 se encuentra en la membrana del lisosoma, pero nadie ha determinado nunca su función en la célula o cómo su disfunción conduce a los síntomas observados.

Usando sus ratones LysoTag, los investigadores colaboraron con expertos tanto en el Centro de conocimiento de metabolómica Sarafan ChEM-H como en la Instalación central de metabolómica del Instituto Whitehead y encontraron un aumento dramático en la cantidad de un tipo de molécula llamada glicerofosfodiéster, o GPD para abreviar, en ratones con la mutación de la enfermedad CLN3. Estos GPD se forman temporalmente durante la degradación de las moléculas grasas que forman las membranas de cada célula de nuestro cuerpo.

En células sanas, las GPD no se acumulan en el lisosoma; se exportan a una parte diferente de la celda, donde luego se degradan en pedazos más pequeños. Los investigadores ahora creen que la proteína CLN3 juega un papel importante en esa exportación, ya sea bloqueando directamente las moléculas o ayudando a otra proteína a hacer ese trabajo. Encontraron moléculas de GPD en el líquido cefalorraquídeo de pacientes con enfermedad CLN3, lo que sugiere que los médicos podrían controlar potencialmente los niveles de GPD para medir el éxito de futuros tratamientos. El equipo ahora está determinando cuáles de las moléculas de GPD podrían ser tóxicas y cómo las proteínas involucradas en la fabricación y exportación de GPD podrían ser objeto de nuevos fármacos. También están aplicando su método para observar otras enfermedades que involucran mutaciones en los genes lisosomales, como la enfermedad de Parkinson.

"No se pueden desarrollar nuevas formas de diagnosticar o tratar enfermedades si no se sabe qué está cambiando en los lisosomas", dijo Laqtom, ex becario postdoctoral en el laboratorio de Abu-Remaileh. "Este método te ayuda a asegurarte de que estás mirando en la dirección correcta. Te indica el camino correcto y evita que te pierdas". + Explora más

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