Gotas del tamaño de una micra de fusionadas en el sarcoma, una proteína desordenada vinculada a la ELA, se visualizan a través de un microscopio de fluorescencia confocal. Crédito:Priya Banerjee Lab en UB
Los físicos de la Universidad de Buffalo están utilizando herramientas innovadoras para estudiar las propiedades de una extraña clase de moléculas que pueden desempeñar un papel en la enfermedad:proteínas que se agrupan para formar gotitas esféricas dentro de las células humanas.
La última investigación de los científicos arroja luz sobre las condiciones que impulsan a tales gotas a cambiar de un fluido, estado líquido a un estado más duro, estado similar a un gel.
Publicado el 19 de febrero en la revista Biomoléculas como artículo destacado, el estudio encuentra que ciertas gotas de proteína se endurecen, volviéndose gelatinoso en entornos abarrotados (como tubos de ensayo donde hay muchas otras moléculas presentes, imitando las condiciones de congestión dentro de las células vivas).
"Estas proteínas formadoras de gotas son un área de estudio relativamente nueva, por lo que sabemos muy poco sobre sus propiedades básicas, "dice el investigador principal Priya R. Banerjee, Doctor., profesor ayudante de física en la Facultad de Artes y Ciencias de la UB. "Como físicos, queremos cuantificar la dinámica de estas gotitas y aprender qué factores las influyen. Esto es importante ya que la dinámica de las gotas de proteína es clave para su función y disfunción celular.
"La investigación anterior se ha centrado en la estructura de las proteínas mismas, pero nuestro trabajo muestra que los factores ambientales son igualmente importantes. Vemos que las condiciones externas pueden alterar el estado interno de las gotas, lo que puede afectar su función en las células humanas ".
La investigación es importante porque las proteínas de condensación pueden estar involucradas en la salud y la enfermedad. Estudios recientes apuntan a roles potenciales para estas gotitas en funciones tan diversas como la expresión génica, respuesta al estrés y función del sistema inmunológico.
El nuevo artículo investiga una proteína formadora de gotas llamada fusionada en el sarcoma (FUS). Las gotitas de FUS líquido se encuentran en las células cerebrales normales, pero en algunos pacientes con la enfermedad neurodegenerativa esclerosis lateral amiotrófica (ELA), la proteína forma agregados de material sólido, Dice Banerjee. No está claro por qué.
Usar láseres para pinchar y pinchar gotas de proteína
La investigación empleó dos técnicas innovadoras para mostrar cómo las condiciones ambientales pueden afectar las gotas hechas de FUS u otras proteínas relacionadas.
Dos gotas de proteína se niegan a fusionarse cuando se juntan (imágenes de microscopio de fluorescencia 1-3, se muestra secuencialmente). Las gotitas hecho de proteínas de sarcoma fusionadas, estás en un duro, estado gelatinoso cuando se sientan en una solución repleta de otras moléculas. Los científicos utilizaron tecnología de pinzas ópticas de última generación para agarrar y manipular estas microgotas de proteínas. Crédito:Priya Banerjee Lab en UB
En un conjunto de experimentos, Los científicos utilizaron rayos láser altamente enfocados, llamados pinzas ópticas, para atrapar y juntar dos gotas de proteína que flotaban en una solución tampón líquida.
Las gotitas de proteína se fusionaron fácilmente para formar una sola gota más grande cuando el tampón se pobló de forma fina con otras moléculas inertes como polietilenglicol (PEG). Pero cuando la concentración de PEG u otras sustancias químicas en el tampón aumentó, las gotas de proteína se volvieron más gelatinosas y no se combinarían completamente.
En un segundo conjunto de pruebas, el equipo empleó láseres de una manera diferente ("punción láser") para estudiar cómo reaccionan las gotas de proteínas FUS y relacionadas a entornos abarrotados.
Dos gotas de proteína se fusionan fácilmente cuando se juntan (se muestran secuencialmente en imágenes de microscopio de fluorescencia, de arriba a abajo.) Las gotas, hecho de proteínas de sarcoma fusionadas, tienen una consistencia fluida ya que se asientan en una solución escasamente poblada por otras moléculas. Los científicos utilizaron tecnología de pinzas ópticas de última generación para agarrar y manipular estas microgotas de proteínas. Crédito:Priya Banerjee Lab en UB
En estos experimentos, Banerjee y sus colegas adjuntaron etiquetas fluorescentes a numerosas moléculas de proteínas en una sola gota, haciendo que las proteínas brillen. Luego, los investigadores "pincharon" el centro de la gota con un láser de alta intensidad, un procedimiento que provocaba que las moléculas fluorescentes alcanzadas por el láser se oscurecieran permanentemente.
Próximo, Los científicos midieron cuánto tiempo tardaban las nuevas proteínas brillantes en moverse hacia el área oscurecida. Esto sucedió rápidamente en gotas de proteína que flotaban en soluciones tampón escasamente pobladas. Pero el tiempo de recuperación fue dramáticamente más lento para las gotas suspendidas en soluciones tampón espesas con PEG u otros compuestos, una indicación, una vez más, que las gotitas de proteína se vuelven gelatinosas en ambientes abarrotados. Los hallazgos se aplicaron tanto a FUS como a otras gotitas de proteínas relacionadas con diversas estructuras primarias.
"Nuestros experimentos se realizaron en tubos de ensayo, pero nuestros resultados sugieren que dentro de las células vivas, el estado de hacinamiento podría afectar la dinámica de las gotas de proteína, "Dice Banerjee.
Una pregunta importante que queda por resolver es si la fluidez de las gotas de FUS afecta la capacidad de la proteína para formar grumos sólidos y cómo lo hace. como se ve en algunos pacientes con ELA. Banerjee espera abordar este problema a través de investigaciones futuras.
