Incluso en un ambiente tranquilo e inmutable, las células no son estáticas. Entre otras acciones, las células activan y luego desactivan algunos tipos de factores de transcripción, proteínas que controlan la expresión de genes, en una serie de pulsos impredecibles e intermitentes.Al descubrir este fenómeno pulsante, los científicos se han preguntado qué funciones podría proporcionar a las células.
Ahora, un nuevo estudio de investigadores de Caltech muestra que la pulsación puede permitir que dos proteínas interactúen entre sí de una manera rítmica que les permite controlar los genes. Específicamente, cuando la expresión de los factores de transcripción entra y sale de la sincronización, el genla expresión también sube y baja. Estos ritmos de activación, dicen los investigadores, también pueden ser la base de los procesos centrales en las células de los organismos de todos los reinos de la vida.
"La forma en que los pulsos del factor de transcripción se sincronizan entre sí a tiempo podría desempeñar un papel importante al permitir que las células procesen información, se comuniquen con otras células y respondan al estrés", dice el coautor del artículo Michael Elowitz, profesor de biología y biologíaingeniero e investigador del Instituto Médico Howard Hughes.
La investigación, dirigida por el erudito posdoctoral de Caltech Yihan Lin, aparece en la edición del 15 de octubre de Naturaleza . Otros autores de Caltech del artículo son el Profesor Asistente de Química Long Cai; Chang Ho Sohn, científico del personal en el laboratorio de Cai; y el ex alumno de posgrado de Elowitz Chiraj K. Dalal PhD '10, ahora en UC San Francisco.
Cai, Dalal y Elowitz informaron un papel funcional para el pulso del factor de transcripción en 2008. Mientras tanto, los investigadores de todo el mundo han descubierto constantemente oleadas similares de actividad proteica en diversos tipos de células y sistemas genéticos.
Al darse cuenta de que muchos factores diferentes están pulsando en la misma celda, incluso en condiciones inmutables, los científicos de Caltech comenzaron a preguntarse si las células podrían ajustar el tiempo relativo de estos pulsos para permitir un tipo novedoso de regulación basada en el tiempo.configure películas de lapso de tiempo para seguir dos proteínas pulsantes y un gen objetivo en tiempo real en células de levadura individuales.
El equipo etiquetó dos factores de transcripción centrales llamados Msn2 y Mig1 con proteínas fluorescentes verdes y rojas, respectivamente. Cuando se activan los factores de transcripción, se mueven hacia el núcleo, donde influyen en la expresión génica. Este movimiento, así como la activaciónde los factores: se pueden visualizar porque los marcadores fluorescentes se concentran dentro del pequeño volumen del núcleo, lo que hace que brille intensamente, ya sea verde, rojo o ambos. La elección del color para las etiquetas fluorescentes fue simbólica: Msn2 sirve como un activador, y Mig1 como represor. "Msn2, el factor verde, pisa el gas y aumenta la expresión génica, mientras que Mig1, el factor rojo, frena", dice Elowitz.
Cuando los científicos enfatizaron las células de la levadura agregando calor, por ejemplo, o restringiendo los alimentos, los pulsos de Msn2 y Mig1 cambiaron su sincronización entre sí, con períodos más o menos frecuentes de superposición entre sus pulsos, dependiendo deestímulo estresante
En general, cuando los dos factores de transcripción pulsaron en sincronía, el represor bloqueó la capacidad del activador para activar los genes. "Es como si alguien bombeara simultáneamente el acelerador y el freno en un automóvil una y otra vez", dice Elowitz.
Pero cuando estaban fuera de ritmo, con el activador pulsando sin el represor, la expresión de genes aumentó. "Cuando la célula alterna entre el freno y el gas, el factor de transcripción Msn2 en este caso, el automóvil puede moverse".dice Elowitz. Como resultado de estos ritmos alterados por el estrés, las células produjeron con éxito más o menos copias de ciertas proteínas que ayudaron a la levadura a hacer frente a la situación desagradable.
Anteriormente, los investigadores pensaban que las concentraciones relativas de múltiples factores de transcripción en el núcleo determinan cómo regulan un objetivo genético común, un fenómeno conocido como regulación combinatoria. Pero el nuevo estudio sugiere que el momento relativo de los pulsos de los factores de transcripciónpuede ser tan importante como su concentración.
"La mayoría de los genes en la célula están regulados por varios factores de transcripción de manera combinatoria, como partes de una red compleja", dice Cai. "Lo que ahora estamos viendo es un nuevo modo de regulación que controla el tiempo de pulso de la transcripciónfactores, y esto podría ser crítico para comprender la regulación combinatoria en las redes genéticas ".
"Parece que hay una capa de regulación basada en el tiempo en la célula que, debido a que solo se puede observar con películas de células individuales, todavía está en gran parte inexplorada", dice Lin. "Esperamos aprender más sobre esta intrigantey una forma subestimada de regulación génica "
En futuras investigaciones, los científicos tratarán de comprender cuán frecuente es este nuevo modo de regulación basada en el tiempo en una variedad de tipos de células y examinarán su participación en los sistemas de regulación génica. En el contexto de la biología sintética: el aprovechamiento ymodificación de sistemas biológicos para aplicaciones tecnológicas humanas: los investigadores también esperan desarrollar métodos para controlar tales pulsaciones para programar nuevos comportamientos celulares.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de California . Original escrito por Adam Hadhazy. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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