Activación autónoma de ADN Nano-cabrestante de señalización de integrina. A La integrina del receptor transmembrana (azul) existe como un heterodímero αβ compacto. Las integrinas transmiten tensiones mecánicas aplicadas, entre 1 y 15 pN, y reclutan proteínas adicionales para ensamblar adherencias focales, incluida la Focal Adhesion Kinase (FAK), que se fosforila en el residuo Y397 después de la estimulación mecánica de la integrina. La adición de dos anticuerpos con etiquetas de donante, D, y aceptor, A, permite la detección de FAK fosforilada en un ensayo LRET. Ambos anticuerpos se unen a FAK fosforilado (Y397-P) provocando una señal LRET alta detectable, mientras que solo un único anticuerpo se une en ausencia de fosforilación y produce una señal LRET baja. Las células B MCF-7 en suspensión fueron 1, se dejó el control sin tratar, 2, se incubaron con oligonucleótido conjugado con RGD, 3, se incubaron con cRGD funcionalizado Piston-cylinder origami, 4, se incubaron con Nano-winches no funcionalizados, 5, se incubaron con cRGD funcionalizado Nano-cabrestante. A continuación, las células se lisaron y se fosforilaron en FAK. La señal de fondo, R0 , de anticuerpos solos se sustrajo de la señal de las células lisadas en condiciones experimentales y de control calculadas a partir de las proporciones de las intensidades de fluorescencia del aceptor y del donante, RAD . Los resultados son el promedio de al menos tres experimentos independientes. Las barras de error representan la desviación estándar, la significación estadística se determinó mediante un análisis de varianza unidireccional en comparación con el control no tratado (***P < 0,001). Crédito:Comunicaciones de la naturaleza (2022). DOI:10.1038/s41467-022-30745-2, https://www.nature.com/articles/s41467-022-30745-2
Construir un diminuto robot a partir de ADN y usarlo para estudiar procesos celulares invisibles a simple vista... Se te perdonaría si pensaras que es ciencia ficción, pero de hecho es objeto de una investigación seria por parte de científicos del Inserm, el CNRS y Université de Montpellier en el Centro de Biología Estructural de Montpellier. Este "nano-robot" altamente innovador debería permitir un estudio más detallado de las fuerzas mecánicas aplicadas a niveles microscópicos, que son cruciales para muchos procesos biológicos y patológicos. Se describe en un nuevo estudio publicado en Nature Communications .
Nuestras células están sujetas a fuerzas mecánicas ejercidas a escala microscópica, desencadenando señales biológicas esenciales para muchos procesos celulares involucrados en el funcionamiento normal de nuestro organismo o en el desarrollo de enfermedades.
Por ejemplo, la sensación del tacto está parcialmente condicionada a la aplicación de fuerzas mecánicas sobre receptores celulares específicos (cuyo descubrimiento fue premiado este año con el Premio Nobel de Fisiología o Medicina). Además del tacto, estos receptores sensibles a las fuerzas mecánicas (conocidos como mecanorreceptores) permiten la regulación de otros procesos biológicos clave como la constricción de los vasos sanguíneos, la percepción del dolor, la respiración o incluso la detección de ondas sonoras en el oído, etc.
La disfunción de esta mecanosensibilidad celular está involucrada en muchas enfermedades, por ejemplo, el cáncer:las células cancerosas migran dentro del cuerpo sonando y adaptándose constantemente a las propiedades mecánicas de su microambiente. Tal adaptación solo es posible porque los mecanorreceptores detectan fuerzas específicas que transmiten la información al citoesqueleto celular.
En la actualidad, nuestro conocimiento de estos mecanismos moleculares implicados en la mecanosensibilidad celular es todavía muy limitado. Varias tecnologías ya están disponibles para aplicar fuerzas controladas y estudiar estos mecanismos, pero tienen una serie de limitaciones. En particular, son muy costosos y no nos permiten estudiar varios receptores celulares a la vez, lo que hace que su uso requiera mucho tiempo si queremos recopilar muchos datos.
Estructuras de origami de ADN
Para proponer una alternativa, el equipo de investigación dirigido por el investigador del Inserm Gaëtan Bellot en el Centro de Biología Estructural (Inserm/CNRS/Université de Montpellier) decidió utilizar el método del origami de ADN. Esto permite el autoensamblaje de nanoestructuras 3D en una forma predefinida utilizando la molécula de ADN como material de construcción. En los últimos diez años, la técnica ha permitido importantes avances en el campo de la nanotecnología.
Esto permitió a los investigadores diseñar un "nano-robot" compuesto por tres estructuras de origami de ADN. De tamaño nanométrico, es por lo tanto compatible con el tamaño de una célula humana. Hace posible por primera vez aplicar y controlar una fuerza con una resolución de 1 piconewton, es decir, una billonésima parte de un Newton, con 1 Newton correspondiente a la fuerza de un dedo haciendo clic en un bolígrafo. Esta es la primera vez que un objeto basado en ADN autoensamblado hecho por humanos puede aplicar fuerza con esta precisión.
El equipo comenzó acoplando el robot con una molécula que reconoce un mecanorreceptor. Esto hizo posible dirigir el robot a algunas de nuestras células y aplicar fuerzas específicamente a los mecanorreceptores localizados en la superficie de las células para activarlos.
Esta herramienta es muy valiosa para la investigación básica, ya que podría utilizarse para comprender mejor los mecanismos moleculares implicados en la mecanosensibilidad celular y descubrir nuevos receptores celulares sensibles a las fuerzas mecánicas. Gracias al robot, los científicos también podrán estudiar con mayor precisión en qué momento, al aplicar la fuerza, se activan a nivel celular vías de señalización clave para muchos procesos biológicos y patológicos.
"El diseño de un robot que permita la aplicación in vitro e in vivo de fuerzas de piconewton responde a una creciente demanda en la comunidad científica y representa un gran avance tecnológico. Sin embargo, la biocompatibilidad del robot puede considerarse tanto una ventaja para las aplicaciones in vivo como también puede representar una debilidad con la sensibilidad a las enzimas que pueden degradar el ADN, por lo que nuestro próximo paso será estudiar cómo podemos modificar la superficie del robot para que sea menos sensible a la acción de las enzimas. También intentaremos encontrar otros modos de activación de nuestro robot utilizando, por ejemplo, un campo magnético", dice Bellot. Lo que las fuerzas mecánicas detrás del plegamiento de proteínas pueden decirnos sobre el cáncer metastásico
