En las superficies de nuestros billones de células hay una multitud compleja de moléculas que se mueven, se hablan entre sí, ocasionalmente se segregan y desencadenan funciones básicas que van desde la sensación de dolor hasta la liberación de insulina.
Las estructuras que organizan este embotellamiento microscópico ya no son invisibles, gracias a los investigadores de la Universidad Estatal de Colorado. Un equipo multidisciplinario de biofísicos y bioquímicos de una sola molécula ha arrojado luz sobre un proceso celular oculto durante mucho tiempo: la relación de una membrana celular de mamífero con undebajo del andamio, el citoesqueleto de actina cortical. Por primera vez, el equipo de CSU ha realizado observaciones en tiempo real de este citoesqueleto que actúa como una barrera que organiza las proteínas en la superficie de la célula, jugando eficazmente al policía de tráfico en las actividades de la membrana de la célula.
Los laboratorios de Diego Krapf, profesor asociado de ingeniería eléctrica e informática e ingeniería biomédica, lograron conjuntamente la visualización y el análisis innovadores de este proceso biológico fundamental: cómo una membrana celular interactúa con su entorno intracelular y controla las funciones celulares.y Michael Tamkun, profesor de ciencias biomédicas en la Facultad de Medicina Veterinaria y Ciencias Biomédicas, y de bioquímica en la Facultad de Ciencias Naturales. El estudio de los investigadores aparecerá en una próxima edición de Revisión física X con el primer autor Sanaz Sadegh, estudiante de doctorado en el laboratorio de Krapf.
En su estudio, los investigadores utilizaron una poderosa tecnología de imágenes de superresolución llamada microscopía de localización fotoactivada PALM, que, al eludir el límite de difracción natural de la luz, permite a los científicos tomar imágenes nítidas y videos de procesos biológicos a nanoescala. Microscopía de superresoluciónfue el tema del Premio Nobel de Química 2014.
Los investigadores de la CSU se centraron en los movimientos de los canales de iones de potasio, un tipo de proteína crítica para las funciones celulares en la superficie celular, y cómo estos canales de iones interactúan con el citoesqueleto de actina cortical. El citoesqueleto es una red de telaraña.filamentos justo debajo de la membrana celular que le da a la célula parte de su forma y estructura. Los científicos habían planteado previamente la hipótesis de que el citoesqueleto desempeña un papel fundamental para ayudar a las proteínas de membrana que tapan la superficie celular a organizarse y transmitir señales para mantener la célula sana y funcionandoPero capturar visualmente esta interacción actina-proteína en células vivas había sido imposible.
"Las proteínas en la superficie celular, como los canales iónicos, tienen mucha masa que cuelga en la célula", explicó Tamkun. "Es esa masa intracelular la que choca con la red de actina".
Utilizando un microscopio de superresolución diseñado a medida, los investigadores hicieron películas que capturaron los momentos exactos en que los canales iónicos colisionaron con la red de actina. Además, realizaron un análisis estadístico de estos movimientos para proporcionar evidencia de los elementos estructurales clave de la actina.La red de actina cortical en una célula es un fractal, lo que significa que es estructuralmente similar a escalas de longitud variable.
"La naturaleza fractal de la red de actina explica nuestras mediciones", dijo Sadegh. "Nos lleva a preguntarnos por qué vemos tantos fractales en la naturaleza. ¿Es una forma eficiente de organizar funciones? Es una pregunta interesante para futuros estudios."
El análisis de los investigadores de la CSU mostró que los movimientos aleatorios de las proteínas de la membrana celular exhiben patrones sofisticados. Entre sus observaciones estaba que las proteínas tendían a recuperarse en los lugares que habían visitado anteriormente. Por primera vez, los investigadores de la CSU ofrecieron estadísticas yevidencia visual de que este rebote es causado directamente por la naturaleza fractal de la actina.
Según Krapf, el principal desafío técnico fue lograr imágenes de alta resolución en ráfagas de tiempo muy corto. "Si esperamos 10 segundos, el citoesqueleto celular cambia, por lo que necesitamos obtener imágenes rápidamente. Empleamos intervalos de dos segundos,y en esos segundos necesitábamos obtener una resolución espacial lo suficientemente alta como para ver colisiones entre proteínas de membrana individuales y la estructura de actina ".
Los investigadores quieren entender todo acerca de la membrana celular, porque así es como la célula se comunica con su entorno exterior, y puede ser la clave para la progresión de la enfermedad y otros aspectos de la salud humana ". Es importante que comprendamos cómo funciona la célulaorganiza su membrana para mantener las cosas en los lugares donde deben estar ", dijo Sadegh. Sugirió que los estudios futuros podrían centrarse en sitios específicos de la membrana, por ejemplo, donde se produce la endocitosis y cómo la red de actina regula la actividad localizada"..
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad Estatal de Colorado . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Cita esta página :