La capacidad de erradicar selectivamente tipos específicos de células de organismos multicelulares permite a los científicos descifrar las funciones de esas células. pero las herramientas disponibles para hacerlo, ya sean quirúrgicas, químico, o genéticos — son imprecisos y están lejos de ser ideales. Ahora, Los ingenieros de proteínas y los neurobiólogos de la Universidad de California en San Francisco se han unido para crear un sable de luz biológico, una proteína diseñada que puede destruir células específicas simplemente exponiéndolas a la luz.

Tales técnicas de ablación celular han sido particularmente importantes en neurociencia. Algunos de los primeros conocimientos sobre la función cerebral se basaron en observaciones de pacientes que tenían lesiones específicas en diferentes áreas del cerebro. Posteriormente, los científicos desarrollaron métodos precisos para emular tales "experimentos en la naturaleza, "ablación de células o tejidos particulares para diseccionar su función normal. Más recientemente, los investigadores han utilizado ablaciones con láser, toxinas desencadenadas genéticamente, e incluso interruptores basados ​​en la luz que activan los agentes oxidantes en una ola de asesinatos. Pero estas técnicas carecen de precisión y suelen causar más daño, incluso por inflamación, de lo necesario.

El nuevo estudio, que se publicará durante la semana del 11 de septiembre, 2017 en la edición temprana en línea de procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias ( PNAS ):Informa que la proteína, que los científicos denominaron "Caspase-LOV, "utiliza la luz para aprovechar la apoptosis, una vía natural de "suicidio celular" mediante la cual las células pueden desencadenar su propia muerte en determinadas circunstancias.

Caspasa-LOV, ideado en experimentos dirigidos por la estudiante graduada Ashley Smart, se llama así porque vincula LOV (dominio de detección de voltaje de oxígeno de luz), un sensor de luz molecular derivado de la avena, a caspasa-3, la versión humana de una enzima que es crucial para la apoptosis.

Debido a que la apoptosis es un proceso biológico fundamental, empleado durante el desarrollo normal para podar células innecesarias, y deshacerse de los defectuosos, es afilado e induce una limpieza, forma no inflamatoria de muerte celular. Cuando las células se lesionan de forma aguda, derraman todo su contenido, pero las células apoptóticas se encogen y son absorbidas por las células vecinas o por las células inmunes; el final de la caspasa es una muerte celular ordenada sin inflamación del tejido circundante.

"Las caspasas son como expertos en demoliciones, "dijo James A. Wells, Doctor, profesor y catedrático de química farmacéutica en la Facultad de Farmacia de la UCSF, y coautor principal del nuevo estudio "Saben dónde poner explosivos en un puente para derribarlo sin tener que usar un arma nuclear. Una de las razones para usar caspasas para matar es porque lo hacen de una manera muy limpia —A diferencia de la ablación de células con láser o cirugía, que es desordenado y poco preciso, esto conduce a un proceso de remoción de cadáveres que la naturaleza sabe cómo manejar, sin ningún daño colateral al tejido ".

Smart y Wells participaron en el estudio del coautor principal Graeme "Grae" Davis, Doctor, el profesor Albert Bowers y presidente del Departamento de Bioquímica y Biofísica de la UCSF, y miembro del Instituto UCSF Kavli de Neurociencia Fundamental.

Dado que la luz penetra fácilmente en los embriones de la mosca de la fruta Drosophila, los autores creen que Caspase-LOV será inmediatamente útil para los laboratorios, como el de Davis, que estudian este importante organismo modelo, pero dijeron que la herramienta también podría eventualmente usarse en otros organismos, como ratones, mediante el uso de fibra óptica para iluminar y eliminar células con precisión.

El interruptor de muerte celular Caspase-LOV funciona de manera simple y elegante. Los científicos pueden decidir de antemano qué tipos de células portarán Caspase-LOV, y también controlar cuando la luz incide en esas células para inducir la apoptosis. El equipo demostró en su nuevo estudio, por ejemplo, que cuando la Caspasa-LOV se expresó en las neuronas motoras de la mosca de la fruta, esas neuronas murieron al exponerse a la luz, afectando así la capacidad de las moscas para moverse. Similar, el equipo pudo extirpar selectivamente células específicas de la retina simplemente exponiendo a la luz los ojos compuestos de la mosca de la fruta.

Debido a que la duración de la exposición a la luz está directamente relacionada con el grado de muerte celular, Wells dijo, Caspase-LOV podría ser una herramienta poderosa para explorar los mecanismos de la neurodegeneración, un proceso que ocurre durante un período prolongado de tiempo en enfermedades humanas como el Alzheimer y el Parkinson.

"Estamos entusiasmados con esto, "dijo Wells, también el Harry Wm. y Diana V. Hind Profesora Distinguida de Ciencias Farmacéuticas en UCSF. "Ya hay un par de laboratorios que lo utilizan, y creo que seguirán más ahora que hemos publicado estos hallazgos ".