Hay muchas ocasiones en las que nuestras células necesitan moverse. Las células móviles guían la formación de nuestro cuerpo desarrollo embrionario. Las células inmunes deambulan para capturar intrusos no deseados. Y las células en curación fibroblastos migran para curar heridas. Pero no todo movimiento es deseable:Los tumores son más peligrosos cuando las células cancerosas adquieren la capacidad de viajar por todo el cuerpo metástasis. Ciertas bacterias y virus pueden aprovechar la maquinaria de motilidad de las células para invadir nuestro cuerpo. Comprender cómo se mueven las células y los filamentos de actina en forma de bastón que impulsanel proceso: es clave para aprender a detener o promover la motilidad para mejorar la salud humana.
Ahora, utilizando uno de los microscopios más poderosos del mundo, científicos del Sanford Burnham Prebys Medical Discovery Institute SBP y la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill UNC-Chapel Hill han identificado un filamento de actina denso, dinámico y desorganizado.nanoandamio, parecido a un pajar, que se induce en respuesta a una señal molecular. Esta es la primera vez que los investigadores han visualizado directamente, a nivel molecular, una estructura que se activa en respuesta a una señal celular, un hallazgo clave queamplía nuestra comprensión de cómo se mueven las células. El estudio se publicó en Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América PNAS .
"La microscopía ciroelectrónica está revolucionando nuestra comprensión del funcionamiento interno de las células", dice Dorit Hanein, Ph.D., autora principal del artículo y profesora del Programa de Bioinformática y Biología Estructural de SBP. "Esta tecnología nos permitiópara recopilar imágenes sólidas en 3D de regiones de células, similar a la resonancia magnética, que crea imágenes detalladas de nuestro cuerpo. Pudimos visualizar las células en su estado natural, lo que reveló una nanoarquitectura de actina nunca antes vista dentro de la célula.. "
En el estudio, los científicos utilizaron el microscopio crioelectrónico de SBP Titan Krios, la inteligencia artificial IA y enfoques de imágenes celulares y computacionales a medida para comparar imágenes a nanoescala de fibroblastos de ratón con imágenes de luz con marca de tiempo de Rac1 fluorescente,una proteína que regula el movimiento celular, la respuesta a la fuerza o tensión detección mecánica y la invasión de patógenos. Este flujo de trabajo técnicamente complejo, que superó cinco órdenes de magnitud en escala decenas de micrones a nanómetros, tardó años en desarrollarse hasta su nivel actualde robustez y precisión y fue posible gracias a los esfuerzos experimentales y computacionales de los equipos de biólogos estructurales en SBP y el equipo de biosensores en UNC-Chapel Hill.
Las imágenes revelaron una estructura densamente empaquetada, desorganizada, similar a un andamio compuesta de varillas cortas de actina. Estas estructuras aparecieron a la vista en regiones definidas donde se activó Rac1 y se disiparon rápidamente cuando se detuvo la señalización de Rac1, en tan solo dos y unmedio minutos. Este andamio dinámico contrasta marcadamente con varios otros conjuntos de actina en áreas de baja activación de Rac1, algunos compuestos por barras de actina largas y alineadas, y otras compuestas por barras de actina cortas que se ramifican desde los lados de filamentos de actina más largos.el andamio de actina carecía de estructuras celulares comunes, como ribosomas, microtúbulos, vesículas y más, probablemente debido a la intensa densidad de la estructura.
"Nos sorprendió que experimento tras experimento revelara estos puntos calientes únicos de barras de actina no alineadas y densamente empaquetadas en regiones que se correlacionaban con la activación de Rac1", dice Niels Volkmann, Ph.D., coautor correspondiente del artículo que dirigió elparte computacional del estudio, y profesor en el Programa de Bioinformática y Biología Estructural en SBP. "Creemos que este trastorno es en realidad la fuerza del andamio: otorga la flexibilidad y versatilidad para construir arquitecturas de filamentos de actina más grandes y complejas en respuesta a laseñales. "
A continuación, a los científicos les gustaría expandir el protocolo para visualizar más estructuras que se crean en respuesta a otras señales moleculares y desarrollar aún más la tecnología para permitir el acceso a otras regiones de la célula.
"Este estudio es solo el comienzo. Ahora que desarrollamos este flujo de trabajo cuantitativo a nanoescala que correlaciona el comportamiento de la señalización dinámica con la resolución a nanoescala de la crio-tomografía electrónica, nosotros y otros científicos podemos implementar esta poderosa herramienta analítica no solo para descifrar elfuncionamiento interno del movimiento celular, sino también para dilucidar la dinámica de muchas otras máquinas macromoleculares en un entorno celular imperturbable ", dice Hanein.
Ella agrega: "La actina es una proteína de bloque de construcción; interactúa con más de 150 proteínas de unión a actina para generar diversas estructuras, cada una con una función única. Tenemos un excedente de diferentes señales que nos gustaría mapear, que podríanproporcionan aún más información sobre cómo se mueven las células ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Sanford Burnham Prebys Medical Discovery Institute . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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