MADRID, 23 Dic. (EUROPA PRESS) -
Los investigadores del Instituto de Ciencia y Tecnología (IST) de Austria han mostrado por primera vez cómo la forma activa de un complejo de proteínas desempeña un papel fundamental en el desplazamiento de las células y otras funciones biológicas importantes, mediante una nueva tecnología que mediante temperaturas de menos 196 grados permiten obtener imágenes de alta resolución del interior de la célula, según publican en la revista 'Nature Communications'.
Las células del cuerpo están en movimiento, desplazándose por ejemplo para curar heridas o combatir patógenos, y lo hacen con la ayuda de pequeños "pies" en el borde delantero de las células migratorias, la llamada lamelipodias.
Estas delgadas extensiones son empujadas hacia adelante y se unen a la superficie mientras que el resto de la célula es arrastrada. Dentro de estos pies hay una densa red de hilos proteicos entrelazados, llamados filamentos de actina, que forman el citoesqueleto de la célula.
Hasta ahora no estaba claro cómo el complejo Arp2/3, un conjunto de siete proteínas centrales para la motilidad celular, brota de nuevos filamentos de actina de los ya existentes y así genera redes densas y ramificadas que proporcionan las fuerzas protrusivas necesarias a la célula.
Hasta ahora, los científicos tenían que decidir cuándo querían analizar la estructura del complejo Arp2/3. Una opción era estudiarlo de forma aislada, donde el complejo proteínico está en una conformación inactiva y por lo tanto no permite comprender cómo se forma la red. Sin embargo, para activarse completamente, el complejo Arp2/3 necesita estar unido a los filamentos de actina.
Esto requiere el uso de un método llamado tomografía de electrones, lo que conlleva el costo de una resolución considerablemente menor. "Los datos anteriores de la tomografía electrónica de los complejos Arp2/3 unidos a filamentos de actina en un entorno de tubos de ensayo eran demasiado imprecisos, lo que hacía imposible saber sin ambigüedad dónde debían estar situados los elementos individuales del complejo", explica Florian Fbler, un postdoctorado del grupo del profesor Florian Schur, del IST Austria.
Durante más de dos años, ha estado buscando una forma de representar el complejo de proteínas en su entorno natural de tal manera que las estructuras individuales puedan analizarse con precisión. Ahora lo ha logrado. Obtuvo imágenes del complejo dentro de lamelipodia de células de ratón en su conformación activa unida a actina.
"Nos dijimos a nosotros mismos: 'De acuerdo, vamos a entrar en la célula, donde el entorno es mucho más intrincado porque no solo está el complejo de proteínas y los filamentos de actina, sino también todo tipo de cosas más. Pero esta era la única forma en que estábamos capaces de mantener esta red de tal manera que pudiéramos determinar su estructura", explica el biólogo molecular Florian Schur.
Esto fue posible gracias a temperaturas de menos 196 grados. En milisegundos, los investigadores congelaron las muestras, demasiado rápido para permitir que se formaran cristales de hielo que habrían destruido las finas estructuras de la célula. Luego utilizaron uno de los microscopios crioelectrónicos más potentes disponibles, y el único de su tipo en Austria, para obtener imágenes de células desde diferentes ángulos mediante tomografía crioelectrónica.
Al hacerlo, el equipo recopiló suficientes datos para la reconstrucción 3D de más de 10.000 complejos Arp2 / 3 en su estado activo. En combinación con el procesamiento de imágenes avanzado, luego generaron un modelo 3D del complejo Arp2 / 3 con una resolución de menos de un nanómetro. A modo de comparación: el cabello humano tiene unos 50.000 nanómetros de espesor.
Debido a la metodología avanzada, el equipo pudo refutar un modelo anterior que suponía conexiones de área mucho mayor entre el complejo Arp2 / 3 y los filamentos de actina. Sin embargo, los científicos confirmaron otros aspectos de cómo este complejo se regula y forma nuevos filamentos de actina.
Con este conocimiento, otros científicos ahora pueden comprender mejor la regulación y actividad de este importante complejo proteico en sus múltiples funciones más allá de la motilidad celular y el desarrollo de enfermedades.
"Lo que hemos hecho es llegar lo más lejos posible con muestras tan complejas en términos de metodología y resolución. Con la resolución actual, hemos obtenido nuevos conocimientos biológicos, pero también fue un avance metodológico demostrar que es posible", resalta Schur.
Florian Fbler ahora quiere mejorar aún más el método para visualizar otras proteínas y explorar hasta qué punto el método nos permite ver el interior de una célula. "Estamos empezando a darnos cuenta de todo el potencial de la tomografía crioelectrónica", reconoce Schur.