Las células necesitan reaccionar a los cambios ambientales y mantener un sistema equilibrado de cascadas de señalización dentro de la célula. Proteínas fuera de la célula en la superficie celular, dentro de la membrana celular, y dentro de la célula orquestar muchas vías de señalización afinadas, que dan como resultado reacciones a las condiciones ambientales o cambios en el propio organismo. La organización espacio-temporal de procesos celulares como la señalización celular, La polarización celular y el crecimiento de neuritas a menudo están reguladas por la distribución subcelular de moléculas u orgánulos.

Las proteínas individuales pueden realizar funciones distintas cuando se ubican en diferentes ubicaciones subcelulares. Un ejemplo es la proteína Rac1, que controla la forma del esqueleto de la célula en la membrana plasmática intracelular, pero cuando se localiza en el núcleo, regula la morfología nuclear. El transporte nucleocitoplasmático de Rac1 juega un papel importante en la invasión tumoral. En neuronas, el transporte bidireccional a lo largo de los microtúbulos axonales juega un papel crítico en la correcta distribución subcelular de los orgánulos. Su mala regulación está involucrada en enfermedades neurodegenerativas. Sin embargo, el análisis de procesos complejos que involucran el ciclismo, el tráfico o el transporte de moléculas de señal / orgánulos entre compartimentos celulares sigue siendo un desafío importante.

El grupo de Yaowen Wu, profesor del departamento de Química de la Universidad de Umeå, ahora ha desarrollado una nueva tecnología denominada Control de actividad multidireccional (MAC), lo que posibilita estudios en vivo de los procesos de señalización celular. Los investigadores son pioneros en el desarrollo de métodos para la observación en tiempo real de los mecanismos celulares en condiciones controladas. Usaron un fotoactivable, Sistema de dimerización inducida químicamente dual (pdCID) para controlar el posicionamiento de orgánulos y proteínas en múltiples ubicaciones en una sola célula. Este sistema combina dos reacciones químicas que forman dímeros de proteínas en una sola célula. Uno de ellos podría controlarse con luz.

"Demostramos que nuestro sistema de dimerización fotoactivable e inducido químicamente podría usarse para controlar la función de los orgánulos celulares y las vías de señalización celular en una sola célula en un nivel afinado y multicapa, lo que no era posible con los métodos existentes antes. Combinamos dos sistemas modulares de manera paralela o competitiva para permitir el control multidireccional sobre la actividad de las proteínas u orgánulos mediante moléculas pequeñas y luz. "dice Yaowen Wu, que acaba de instalar su nuevo laboratorio en el norte de Suecia.

El grupo de investigación también demostró que la nueva tecnología permite una inducción y observación muy rápidas de diferentes reacciones celulares. y permite nuevos estudios de perturbaciones que no eran posibles con los enfoques genéticos tradicionales.

Usando este método, los científicos operaron múltiples ciclos de Rac1 viajando entre el citosol, membrana plasmática y núcleo en una sola célula. Podrían controlar el transporte de peroxisomas (un orgánulo celular involucrado en la oxidación de moléculas) en dos direcciones, es decir, a la periferia celular y luego al cuerpo celular, y viceversa. Esto es como jugar al billar en la celda, pero a escala micrométrica.

El enfoque MAC también podría usarse para emular o interferir con las condiciones de la enfermedad que involucran el posicionamiento de proteínas / orgánulos con el fin de estudiar los mecanismos patogénicos, y en última instancia ayudar al desarrollo de su intervención terapéutica. El estudio se publica en Angewandte Chemie .