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La optogenética para controlar el transporte de proteínas

Las células eucariotas se caracterizan por la separación espacial entre el núcleo de la célula y el resto de la célula; esta subdivisión protege los mecanismos implicados en la copia y la lectura de la información genética de los trastornos causados ​​por otros procesos celulares, tales como la síntesis de proteínas o la producción de energía, explica el Prof. NDE, director del Centro BioQuant de la Universidad de Heidelberg.

Por un lado, las proteínas y otras macromoléculas pasan a través del complejo de poro nuclear dentro y fuera del núcleo de la célula con el fin de controlar un número de procesos biológicos. Mientras que las proteínas más pequeñas se difunden pasivamente a través de los poros nucleares, las partículas más grandes deben hacerlo mediante las llamadas proteínas transportadoras para hacer el viaje; por lo general, los péptidos cortos en la superficie de la proteína envían la señal a los portadores, diciéndoles que está lista para el transporte.

Esta señal es conocida como la señal de localización nuclear (NLS) para el transporte en el núcleo, y la secuencia nuclear de exportación (NES) para el transporte fuera del núcleo. Artificialmente inducir la importación o exportación de ciertas proteínas nos permitiría controlar sus actividades en la célula viva; estos laboratorios donde se hicieron los experimentos se especializan en la optogenética, un campo relativamente nuevo de la investigación en biología sintética.

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Como se desarrolla la optogenética

El procedimiento combina los métodos de la óptica y la genética con el objetivo de utilizar la luz para activar ciertas funciones en las células vivas y apagarlas; con este fin, las proteínas sensibles a la luz son modificadas genéticamente y luego son introducidas en células diana específicas, por lo que es posible controlar su comportamiento usando luz. El trabajo publicado recientemente se basa en estudios anteriores por otros grupos de trabajo que investigan el dominio LOV2, que proviene originalmente de la planta de avena; en la naturaleza, este dominio actúa como un sensor de luz y, entre otras cosas, ayuda a la planta en la orientación a la luz solar, cambiando su estructura tridimensional, tan pronto como entre en contacto con la luz azul.

La optogenética para controlar el transporte de proteínas

En la figura se observa las imágenes de microscopía de células de riñón embrionarias humanas en cultivo; las células fueron modificadas genéticamente para producir una proteína brillante, que estaba vinculada a la nueva herramienta optogenética (proteína LOV2-NES híbrida). Resulta que las células irradiadas con un rayo láser azul (flechas azules) muestran una exportación nuclear eficaz de la proteína, mientras que las células no irradiadas (flechas rojas) muestran una localización nuclear constitutiva de la proteína.

La característica de cambio de la estructura inducida por la luz se puede utilizar específicamente para controlar sintéticamente una secuencia de señales celulares, como la señal de exportación nuclear (NES). El laboratorio fabricó por primera vez una proteína híbrida LOV2-NES formada por el dominio LOV2 de la avena y una señal de exportación nuclear sintética; en el estado oscuro, la señal se oculta en el dominio LOV2 y no es visible a la célula.

La luz hace que la estructura del LOV2 cambie, lo que hace que la secuencia nuclear de exportación NES visible desencadene la exportación del dominio LOV2 del núcleo. En principio, la proteína LOV2-NES híbrida se puede conectar a cualquier proteína celular utilizándola para controlar su exportación desde el núcleo mediante la luz, citan los investigadores, que demostraron esto usando la proteína p53, un miembro de la familia de proteínas supresoras del cáncer que controlan el crecimiento celular y previenen defectos genéticos durante la división celular.

Según los investigadores, la proteína p53 se desconecta en una serie de tumores agresivos por mutaciones genéticas nocivas que permiten que las células tumorales se reproduzcan sin control. Aquí, el uso de la proteína LOV2-NES híbrida permitió controlar la exportación de p53 del núcleo utilizando la luz para controlar sus funciones reguladoras de genes; esta nueva capacidad de controlar directamente la p53 en células de un mamífero vivo tiene potencial para explicar su función compleja a largo alcance, y entre esos potenciales, la optogenética para controlar el transporte de proteínas.

Funcionalidad de la optogenética

Nos esperan descubrir nuevas pistas sobre el papel de los posibles defectos en la regulación de la proteína p53 relacionadas con el desarrollo del cáncer, citan los científicos que también trabajan con otros investigadores de la industria de la nutrición deportiva para estudiar como esta nueva herramienta optogenética pueda llevar a hacer nuevos descubrimientos sobre la dinámica del transporte de proteínas, su influencia en el comportamiento celular y en la composición muscular derivada de los esfuerzos intensos, como una dura sesión de entreno.

El desarrollo de herramientas moleculares innovadoras como la optogenética para controlar el transporte de proteínas, por tanto, es la clave para la comprensión de las funciones celulares básicas, así como los mecanismos que causan las enfermedades o el retraso de la recuperación muscular para el caso de los deportistas amantes del fitness o el culturismo.

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