Para visualizar las señales celulares dentro de una neurona, los investigadores dispersaron a los reporteros en grupos (verde) por la célula. Luego identificaron la señal que representaba cada grupo (varios colores) .Crédito: C. Linghu, S. Johnson et al./Cell 2020
Una nueva tecnología de imágenes permite a los científicos espiar la avalancha de mensajes que pasan dentro de las células mientras lo hacen. . . potencialmente todo.
Hasta ahora, la mayoría de los científicos podían visualizar solo una o dos de estas señales intracelulares a la vez, dice el investigador del Instituto Médico Howard Hughes, Ed Boyden, del Instituto de Tecnología de Massachusetts. El nuevo enfoque de su equipo podría hacer posible ver tantas señales como desee, en tiempo real, a la vez, dice Boyden, lo que brinda a los investigadores una vista más detallada de las discusiones internas de las células que nunca.
En pruebas con neuronas, los investigadores examinaron cinco señales involucradas en procesos como el aprendizaje y la memoria, informan Boyden y sus colegas hoy (23 de noviembre de 2020) en la revista. Célula. “Podría aplicar esta tecnología a todo tipo de misterios biológicos”, dice. “Cada celda funciona debido a todas las señales que contiene”. Debido a que la señalización contribuye a todos los procesos biológicos, un mejor medio para estudiarla podría iluminar una serie de enfermedades, desde Alzheimer a la diabetes y al cáncer.
El nuevo enfoque del equipo es un gran avance, dice Clifford Woolf, un neurobiólogo de la Escuela de Medicina de Harvard que no participó en el trabajo. Planea usarlo para examinar cómo las neuronas sensibles al dolor se vuelven más sensibles en caso de lesión o enfermedad. Con la nueva tecnología de imágenes, dice que “podemos desarmar lo que está sucediendo en las células de una manera que antes no había sido posible”.
Dale información a una computadora o al cerebro humano, y estallará con impulsos eléctricos mientras prepara una respuesta. Dentro de las células, estos impulsos dan como resultado ráfagas de múltiples señales moleculares. Boyden describe este proceso como una conversación grupal. “Las señales dentro de una celda son como un conjunto de personas que intentan decidir qué hacer por la noche: toman en cuenta muchas posibilidades y luego deciden qué hacer colectivamente”, dice.
Estas discusiones celulares son las que impulsan, por ejemplo, a una neurona a codificar una memoria oa una célula a volverse cancerosa. A pesar de su importancia, los científicos aún no comprenden bien cómo estas señales funcionan juntas para guiar el comportamiento de una célula.
Para ver la señalización celular en acción, los científicos suelen introducir genes que codifican sensores conectados a proteínas fluorescentes. Estos reporteros moleculares detectan una señal y luego brillan con un color específico bajo el microscopio. Los investigadores pueden usar un reportero de color diferente para cada señal para diferenciar las señales. Pero encontrar conjuntos de reporteros con colores que un microscopio pueda diferenciar es un desafío. Y una conversación celular típica puede involucrar docenas de señales, o más.
Changyang Linghu y Shannon Johnson, científicos del laboratorio de Boyden, sortearon esta limitación colocando reporteros en pequeñas proteínas autoensambladas que actúan como ladrillos LEGO. Estas pequeñas proteínas “encajaron”, formando grupos que se dispersaron aleatoriamente por la célula como pequeñas islas. Cada grupo, que aparece bajo el microscopio como un punto luminiscente, reporta solo un tipo de señal celular. “Es como tener algunas islas con termómetros para informar la temperatura y otras islas con barómetros que miden la presión”, dice Johnson.
En experimentos con neuronas, el equipo creó grupos que brillaban al detectar una de las cinco señales diferentes, incluidos los iones de calcio y otras moléculas de señalización importantes. Después de obtener imágenes de las células vivas, los investigadores colocaron etiquetas moleculares en los puntos brillantes para identificar a los reporteros ubicados allí. Mediante análisis por computadora, el equipo convirtió los puntos en magenta, amarillo y otros colores, dependiendo de si representaban calcio u otra señal. Esto les permitió ver qué señales se activaban y desactivaban en el interior de una celda.
Al monitorear tantas señales a la vez, el equipo pudo descubrir cómo cada señal se relacionaba entre sí. “Separar esas relaciones podría ayudar a los científicos a comprender procesos complejos, como el aprendizaje”, dice Linghu.
Compara una celda con una orquesta y sus señales con una sinfonía. “Es difícil apreciar completamente una sinfonía escuchando un solo instrumento”, dice. Debido a que la nueva técnica permite a los científicos observar múltiples señales al mismo tiempo, “podemos comprender la sinfonía de las actividades celulares”.
El equipo de Boyden estima que puede ser posible detectar hasta 16 señales con su tecnología, pero las mejoras en las técnicas de ingeniería genética podrían aumentar ese número significativamente. “Potencialmente, podría ver docenas, cientos o incluso más señales”, dice. “El próximo desafío”, dice Boyden, “es conseguir sensores para todas esas señales en una celda”.
Referencia: “Multiplexación espacial de reporteros fluorescentes para imágenes dinámicas de redes de transducción de señales” por Changyang Linghu, Shannon L. Johnson et al., 23 de noviembre de 2020, Célula.
DOI :: 10.1016 / j.cell.2020.10.035
