Por primera vez, los científicos han imaginado el proceso mediante el cual se activa una molécula individual del sistema inmunitario en respuesta a una señal del ambiente, lo que lleva al descubrimiento crítico de que el proceso de activación involucra cientos de proteínas que se unen de repente para formaruna red vinculada a través de un proceso conocido como transición de fase.
El nuevo trabajo, descrito en un artículo publicado recientemente en ciencia , proporciona un salto enorme hacia adelante en nuestra comprensión de cómo el sistema inmunitario está afinado para detectar incluso una sola molécula de virus en medio de un mar de millones de otras moléculas, lo que nos permite recuperarnos rápidamente de infecciones virales como la gripe. Al aprendercómo funcionan estas proteínas en particular, los científicos también comprenderán mejor por qué su actividad a veces sale mal, eventos que pueden conducir a enfermedades autoinmunes, como diabetes o artritis reumatoide, y pueden proporcionar ideas únicas sobre cómo dirigir a un paciente con cáncerpropio sistema inmune para curar el cáncer.
"Esto es algo que sucede dentro de una célula viva durante el proceso de toma de una decisión de la célula; la transducción de señales es lo que llamamos, y así es como las células 'piensan' con reacciones químicas", dijo el líder del estudio Jay Groves,un químico de la facultad en el Área de Biociencias del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía Berkeley Lab. "En el campo de la biología en general, la idea de una transición de fase de condensación de proteínas ha ganado mucha atención recientemente. Muchos gruposen todo el mundo estudian estos fenómenos, pero hasta ahora, nadie sabía cómo ni por qué los usa la célula.
"Nuestro artículo es, creo, el primero en probar y confirmar directamente cómo una transición de fase puede regular la señalización", dijo Groves. "Y el gran descubrimiento es que es un mecanismo de sincronización molecular. La célula está usando el tiempo para distinguir unestimulación genuina del receptor del ruido químico de fondo "
Estudiar un mensajero celular esencial
La revelación del equipo se produjo como parte de la investigación en curso del laboratorio de Groves sobre los mecanismos físicos de la señalización de las células T y la proteína Ras. Encontrada en todas las células eucariotas en múltiples variaciones, Ras usa muchos sombreros, incluso actúa como un regulador paracrecimiento celular, división y muerte. Las células T, las células del sistema inmunitario que detectan infecciones extrañas y potencialmente dañinas, usan Ras como un interruptor de encendido / apagado para la vía de alerta de intrusos que lanza una respuesta protectora. La capacidad de las células T para distinguir un verdaderoseñal externa, cuando una molécula extraña se une con el receptor de células T TCR en la superficie celular, debido al contacto inadvertido con proteínas cercanas, es fundamental para el funcionamiento del sistema inmune. Si una célula T reacciona accidentalmente a uno de nuestrosmoléculas propias, entonces se puede desarrollar una enfermedad autoinmune. Al mismo tiempo, si una célula T pierde su sensibilidad, los virus podrán crecer sin control y las células cancerosas no se eliminarán del cuerpo.
Debido a las amplias implicaciones para la salud humana, los científicos se han preguntado durante mucho tiempo cómo las células regulan sus señales para lograr este equilibrio. Investigaciones anteriores revelaron que las proteínas Ras de una célula T no interactúan directamente con los receptores celulares. En cambio, los receptoresenvía la señal "activada" a las proteínas intermedias internas, incluido un grupo clave de tres proteínas, conocidas como LAT, Grb2 y SOS, que finalmente transmiten la señal a Ras. Antes de este estudio, los científicos sabían que este trío molecular podría unirse.en un proceso de transición de fase, pero nadie sabía lo que estaba haciendo la transición de fase. Y hasta hace poco, era imposible darse cuenta, porque no había tecnología que permitiera a los científicos monitorear directamente la actividad de moléculas individuales en sistemas complejos de membrana celular.
El equipo de investigación eliminó este obstáculo al inventar un enfoque basado en microarrays de membrana compatibles, una tecnología que el equipo ha estado desarrollando durante muchos años que utiliza andamios hechos de estructuras nanofabricadas para sostener las membranas celulares.
Transiciones de fase en el trabajo
En el estudio actual, los científicos utilizaron la microscopía para observar el momento en que un receptor de células T en un microarray de membrana compatible solicitó que se activara una sola molécula SOS. En lugar de responder de inmediato, SOS esperó de 10 a 30 segundos antes de convertirse en suestado activo. Si las moléculas LAT y Grb2 cercanas experimentaron la transición de fase con SOS, y se condensaron en su estado ensamblado, podrían mantener SOS en la membrana el tiempo suficiente para que SOS se active. Sin la transición de fase, el largo retraso en la molécula SOSevitaría que se active antes de abandonar el receptor.
"Es como si la proteína tuviera un retraso incorporado", explicó Groves. "Necesita la transición de fase combinada con señalización sostenida, y solo entonces se activará".
Aunque esta investigación fue específica para la señalización de células T, Groves y sus colegas creen que mecanismos similares de temporización de transición de fase probablemente están involucrados en una variedad de otras respuestas celulares. Ahora que establecieron una técnica experimental comprobada para observar la activación molecular de talesprocesos, el equipo espera desenredar misterios más antiguos de cómo las células realizan tantas tareas complejas.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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