Una nueva enzima sintética, elaborada a partir de ADN en lugar de proteínas, voltea las moléculas de lípidos dentro de la membrana celular, desencadenando una vía de señal que podría aprovecharse para inducir la muerte celular en las células cancerosas.
Investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign y la Universidad de Cambridge dicen que su enzima de ADN que revuelve lípidos es la primera en su clase en superar a las enzimas naturales, y lo hace en tres órdenes de magnitud. Publicaron sus hallazgos enel periódico Comunicaciones de la naturaleza .
"Las membranas celulares están revestidas con un conjunto diferente de moléculas en el interior y el exterior, y las células dedican muchos recursos para mantener esto", dijo el líder del estudio Aleksei Aksimentiev, profesor de física en Illinois. "Pero en algunos puntos enla vida de una célula, la asimetría tiene que ser desmantelada. Luego, los marcadores que estaban dentro se vuelven externos, lo que envía señales para ciertos procesos, como la muerte celular. Hay enzimas en la naturaleza que hacen eso llamadas scramblases. Sin embargo, en algunas enfermedades donde scramblasesson deficientes, esto no sucede correctamente. Nuestra scramblase sintética podría ser una vía para la terapéutica ".
El grupo de Aksimentiev descubrió la actividad de scramblasa del ADN al observar estructuras de ADN que forman poros y canales en las membranas celulares. Usaron la supercomputadora Blue Waters en el Centro Nacional de Aplicaciones de Supercomputación en Illinois para modelar los sistemas a nivel atómico. Vieron quecuando ciertas estructuras de ADN se insertan en la membrana, en este caso, un paquete de ocho cadenas de ADN con colesterol en los extremos de dos de las cadenas, los lípidos en la membrana alrededor del ADN comienzan a mezclarse entre las capas de membrana interna y externa.
Para verificar la actividad de scramblase predicha por los modelos de computadora, el grupo de Aksimentiev en Illinois se asoció con el grupo del profesor Ulrich Keyser en Cambridge. El grupo de Cambridge sintetizó la enzima de ADN y la probó en burbujas de membrana modelo, llamadas vesículas, y luego en cáncer de mama humanocélulas.
"Los resultados muestran de manera muy concluyente que nuestra nanoestructura de ADN de hecho facilita la mezcla rápida de lípidos", dijo Alexander Ohmann, un estudiante graduado en Cambridge y co-primer autor del artículo junto con el estudiante graduado de Illinois Chen-Yu Li ". Lo más interesante es, la alta velocidad de volteo indicada por las simulaciones de dinámica molecular parece ser del mismo orden de magnitud en los experimentos: hasta mil veces más rápido que lo que se ha demostrado previamente para las scramblasas naturales ".
Por sí solo, la scramblasa de ADN produce muerte celular indiscriminadamente, dijo Aksimentiev. El siguiente paso es acoplarla con sistemas de focalización que busquen específicamente ciertos tipos de células, algunas de las cuales ya se han desarrollado para otros agentes de ADN.
"También estamos trabajando para hacer que estas estructuras de scramblase sean activadas por la luz o algún otro estímulo, de modo que puedan activarse solo bajo demanda y pueden desactivarse", dijo Aksimentiev.
"Aunque todavía tenemos un largo camino por recorrer, este trabajo destaca el enorme potencial de las nanoestructuras de ADN sintético con posibles aplicaciones de medicamentos y terapias personalizadas para una variedad de condiciones de salud en el futuro", dijo Ohmann.
Ver una animación en http://youtu.be/kGgTIFYbUko .
La Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. Y los Institutos Nacionales de Salud apoyaron este trabajo.
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Materiales proporcionado por Universidad de Illinois en Urbana-Champaign . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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