Un hilo común une trastornos aparentemente no vinculados como la enfermedad de Alzheimer y la diabetes tipo II. Este hilo se conoce como agregación de proteínas y ocurre cuando las proteínas se agrupan. Estos complejos son un sello distintivo de muchas enfermedades, pero recientemente se han relacionado con funciones beneficiosas comobien.
Aunque la agregación de proteínas es prevalente en biología, muchas de las causas y consecuencias son desconocidas. Esto se debe en gran parte a que no existe una herramienta de investigación estandarizada y simple para estudiar este fenómeno en células vivas. Ahora, el profesor asistente Ahmad S. Khalil BMEJunto con colegas del MIT y el Instituto Whitehead para la Investigación Biomédica, entre otros, han construido una herramienta genética sintética llamada yTRAP Informe de transcripción de levadura de proteínas agregantes para detectar cuantitativamente, medir y manipular la agregación de proteínas en las células vivas. Celda como la historia de portada, detalla cómo el equipo desarrolló yTRAP y luego lo usó para estudiar una variedad de agregados de proteínas, incluidas proteínas relevantes para la enfermedad, proteínas de unión a ARN y priones.
Los priones son una forma de agregación hereditaria especial y son más famosos por transmitir enfermedades neurodegenerativas en mamíferos. Pero también son utilizados por organismos para ejecutar un conjunto diverso de funciones beneficiosas que recién comienzan a identificarse. Usando la nueva herramienta,Khalil y el equipo crearon sensores para rastrear la agregación de priones y otras proteínas, manipularon priones para crear memorias sintéticas en las células, identificaron genes que pueden curar células de priones y permitieron estudios de alto rendimiento para aprender qué puede influir en la agregación de proteínas y sus consecuencias.desarrollado y probado en levadura, yTRAP podría permitir a los científicos probar y desarrollar tratamientos para enfermedades actualmente incurables y potencialmente activar nuevas funciones beneficiosas en otros tipos de células.
La herramienta se compone de dos partes: una pieza se acopla a la proteína de interés y la otra produce una señal fluorescente para medir la cantidad de agregación en una célula. Cada pieza se puede personalizar para estudiar diferentes proteínas o expresar diferentes genes yseñales, por ejemplo, pudieron medir cómo un prión influyó en otro al desarrollar un sensor dual que producía una señal fluorescente roja o verde, dependiendo de la abundancia de cada prión.
Además de rastrear estados de priones, yTRAP también se puede usar para controlar esos estados. Debido a que los priones son heredables, una vez que se activan en una célula, todas las células de generaciones posteriores heredarán el mismo estado de prión ". Los priones son unequivalente biológico de un interruptor de luz de palanca: no es necesario que mantenga el dedo en el interruptor para mantener la luz encendida ", dice Khalil.
Utilizaron esta propiedad heredable de los priones como un interruptor de luz para construir un dispositivo de memoria sintética. El calor activó el prión para agregarse en un lote de celdas y cuanto más se calentaba, se formaban más agregados. Luego, 10 generaciones más tarde, células quenunca estuvieron expuestos al calor y mantuvieron el mismo nivel de agregación que sus predecesores. Este dispositivo de memoria celular sintético es como instalar un interruptor de atenuación en esa luz: cuanto más brillante se vuelve la luz, más agregados se formarán en la población celular.los investigadores usaron yTRAP como parte de un método para identificar genes que podrían usarse para desactivar esencialmente los priones, lo que les da a los investigadores la capacidad de alternar ese interruptor de luz en la otra dirección.
Khalil y su equipo también demostraron cómo se puede utilizar la herramienta para estudiar otras proteínas, incluidas las proteínas de unión a ARN. Muchas de estas proteínas en levaduras y humanos tienen similitudes con los priones, y las mutaciones de esas similitudes se han relacionado con enfermedades neurodegenerativas comoALS: con la ayuda de la herramienta, descubrieron proteínas de unión a ARN propensas a la agregación, monitorearon las consecuencias de su agregación y realizaron pantallas de alto rendimiento para ver cómo la agregación de una proteína influye en otra.
"Los agregados de proteínas pueden hacer que una célula gane o pierda una función", dice Khalil. "Podría ser beneficioso o dañino. Por ejemplo, podría permitir que una célula sobreviva a condiciones estresantes o cambiar su función metabólica para digerir un tipo diferentede azúcar. Y el descubrimiento de estas funciones beneficiosas ha sido a menudo fortuito ". Con yTRAP, Khalil espera cambiar eso".
Todas estas funciones que ofrece yTRAP permitirán a los investigadores descubrir nuevos agregados de proteínas, rastrear sus comportamientos complicados y buscar factores y medicamentos que alteren la agregación de proteínas como posibles tratamientos para las enfermedades neurodegenerativas actualmente incurables o, por otro lado, descubrircómo activar una función beneficiosa de un agregado.
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Materiales proporcionado por Facultad de Ingeniería de la Universidad de Boston . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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