los investigadores del MIT han ideado un nuevo conjunto de proteínas que se pueden personalizar para unir secuencias de ARN arbitrarias, lo que permite obtener imágenes de ARN dentro de las células vivas, controlar lo que está haciendo una cadena de ARN particular e incluso controlar la actividad de ARN.
La nueva estrategia se basa en proteínas de unión a ARN humano que normalmente ayudan a guiar el desarrollo embrionario. El equipo de investigación adaptó las proteínas para que puedan ser fácilmente dirigidas a las secuencias de ARN deseadas.
"Podría usar estas proteínas para realizar mediciones de la generación de ARN, por ejemplo, o de la traducción de ARN a proteínas", dice Edward Boyden, profesor asociado de ingeniería biológica y ciencias cerebrales y cognitivas en el MIT Media Lab ".Esto podría tener una amplia utilidad en la biología y la bioingeniería ".
A diferencia de los esfuerzos anteriores para controlar el ARN con proteínas, el nuevo sistema MIT consta de componentes modulares, que los investigadores creen que facilitará la realización de una amplia variedad de manipulaciones de ARN.
"La modularidad es uno de los principios básicos de diseño de la ingeniería. Si puede hacer cosas con piezas repetibles, no tiene que preocuparse por el diseño. Simplemente construye cosas con unidades predecibles y enlazables", dice Boyden,quien también es miembro del Instituto McGovern para la Investigación del Cerebro del MIT.
Boyden es el autor principal de un artículo que describe el nuevo sistema en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias . Los autores principales del artículo son Katarzyna Adamala postdoctorado y el estudiante graduado Daniel Martin-Alarcon.
código modular
Las células vivas contienen muchos tipos de ARN que desempeñan diferentes funciones. Una de las variedades más conocidas es el ARN mensajero ARNm, que se copia del ADN y transporta información de codificación de proteínas a las estructuras celulares llamadas ribosomas, donde el ARNm dirige el ensamblaje de proteínas enun proceso llamado traducción. Monitorear el ARNm podría decirle a los científicos mucho sobre qué genes se expresan en una célula, y ajustar la traducción del ARNm les permitiría alterar la expresión génica sin tener que modificar el ADN de la célula.
Para lograr esto, el equipo del MIT se propuso adaptar proteínas naturales llamadas dominios de homología de Pumilio. Estas proteínas de unión a ARN incluyen secuencias de aminoácidos que se unen a una de las bases de ribonucleótidos o "letras" que forman secuencias de ARN.adenina A, timina T, uracilo U y guanina G.
En los últimos años, los científicos han estado trabajando en el desarrollo de estas proteínas para uso experimental, pero hasta ahora era más un proceso de prueba y error para crear proteínas que se unieran a una secuencia de ARN en particular.
"No era un código verdaderamente modular", dice Boyden, refiriéndose a las secuencias de aminoácidos de la proteína. "Todavía tenía que ajustarlo caso por caso. Mientras que ahora, dada una secuencia de ARN, puede especificaren papel una proteína para apuntarla "
Para crear su código, los investigadores probaron muchas combinaciones de aminoácidos y encontraron un conjunto particular de aminoácidos que unirá cada una de las cuatro bases en cualquier posición de la secuencia objetivo. Usando este sistema, al que llaman Pumby para Pumiliobasado en el ensamblaje, los investigadores apuntaron efectivamente secuencias de ARN que varían en longitud de seis a 18 bases
manipulación de ARN
En experimentos en células humanas cultivadas en una placa de laboratorio, los investigadores demostraron que podían etiquetar con precisión las moléculas de ARNm y determinar con qué frecuencia se traducían. Primero, diseñaron dos proteínas Pumby que se unirían a secuencias de ARN adyacentes. Cada proteína estambién unido a la mitad de una molécula verde de proteína fluorescente GFP. Cuando ambas proteínas encuentran su secuencia objetivo, las moléculas GFP se unen y se vuelven fluorescentes, una señal para los investigadores de que el ARN objetivo está presente.
Además, el equipo descubrió que cada vez que se traduce una molécula de ARNm, la GFP se desactiva, y cuando finaliza la traducción, se une otra GFP, lo que mejora la señal fluorescente general. Esto permite a los investigadores calcular con qué frecuencia el ARNmse está leyendo
Este sistema también se puede usar para estimular la traducción de un ARNm objetivo. Para lograr eso, los investigadores adjuntaron una proteína llamada iniciador de traducción a la proteína Pumby. Esto les permitió aumentar dramáticamente la traducción de una molécula de ARNm que normalmente noser leído con frecuencia
"Podemos aumentar la traducción de genes arbitrarios en la célula sin tener que modificar el genoma", dice Martin-Alarcon.
Los investigadores ahora están trabajando para usar este sistema para etiquetar diferentes moléculas de ARNm dentro de las neuronas, lo que les permite probar la idea de que los ARNm para diferentes genes se almacenan en diferentes partes de la neurona, lo que ayuda a la célula a estar preparada para realizar funciones tales comoalmacenar nuevos recuerdos. "Hasta ahora ha sido muy difícil ver lo que sucede con esos ARNm, o controlarlos", dice Boyden.
Estas proteínas de unión a ARN también podrían usarse para construir líneas de ensamblaje molecular que unirían las enzimas necesarias para realizar una serie de reacciones que producen un fármaco u otra molécula de interés.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por Anne Trafton. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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