Un hilo común une trastornos aparentemente no relacionados como la enfermedad de Alzheimer y la diabetes tipo II. Este hilo se conoce como agregación de proteínas y ocurre cuando las proteínas se agrupan. Estos complejos son un sello distintivo de muchas enfermedades, pero recientemente también se han relacionado con funciones beneficiosas.
Aunque la agregación de proteínas prevalece en biología, se desconocen muchas de las causas y consecuencias. Esto se debe en gran parte a que no existe una herramienta de investigación simple y estandarizada para estudiar este fenómeno en células vivas. Ahora, el profesor asistente Ahmad S. Khalil (BME) junto con colegas del MIT y el Instituto Whitehead para la Investigación Biomédica, entre otros, han construido una herramienta genética sintética llamada yTRAP (Informes transcripcionales de proteínas agregadas de levadura) para detectar, medir y manipular cuantitativamente agregación de proteínas en células vivas. La obra, publicada en Celúla como artículo de portada, detalla cómo el equipo desarrolló yTRAP y luego lo usó para estudiar una variedad de agregados de proteínas, incluidas proteínas relevantes para enfermedades, proteínas de unión a ARN y priones.
Los priones son una forma hereditaria especial de agregación y son más famosos por transmitir enfermedades neurodegenerativas en los mamíferos. Pero también son utilizados por los organismos para ejecutar un conjunto diverso de funciones beneficiosas que recién comienzan a identificarse. Usando la nueva herramienta, Khalil y el equipo crearon sensores para rastrear la agregación de priones y otras proteínas, manipularon priones para diseñar memorias sintéticas en las células, identificaron genes que pueden curar células de priones y permitieron estudios de alto rendimiento para aprender qué puede influir en la agregación de proteínas. y sus consecuencias. Aunque se desarrolló y probó en levadura, yTRAP podría permitir a los científicos probar y desarrollar tratamientos para enfermedades actualmente incurables y, potencialmente, activar funciones nuevas y beneficiosas en otros tipos de células.
La herramienta se compone de dos partes: una pieza se acopla a la proteína de interés y la otra produce una señal fluorescente para medir la cantidad de agregación en una célula. Cada pieza se puede personalizar para estudiar diferentes proteínas o expresar diferentes genes y señales. Por ejemplo, pudieron medir cómo un prión influía en otro mediante el desarrollo de un sensor dual que producía una señal fluorescente roja o verde según la abundancia de cada prión.
Además de rastrear estados de priones, yTRAP también se puede usar para controlar esos estados. Debido a que los priones son hereditarios, una vez que se activan en una célula, todas las células de las generaciones posteriores heredarán el mismo estado priónico. «Los priones son un equivalente biológico de un interruptor de luz de palanca: no es necesario mantener el dedo en el interruptor para mantener la luz encendida», dice Khalil.
Utilizaron esta propiedad hereditaria de los priones, similar a un interruptor de luz, para construir un dispositivo de memoria sintética. El calor activó el prión para que se agregara en un lote de células y cuanto más se calentaba, más agregados se formaban. Luego, 10 generaciones después, las células que nunca estuvieron expuestas al calor mantuvieron el mismo nivel de agregación que sus predecesoras. Este dispositivo de memoria celular sintética es como instalar un interruptor de atenuación en esa luz: cuanto más brillante se vuelve la luz, más agregados se formarán en la población celular. Además, los investigadores usaron yTRAP como parte de un método para identificar genes que podrían usarse para apagar esencialmente los priones, lo que les dio a los investigadores la capacidad de cambiar ese interruptor de luz en la otra dirección.
Khalil y su equipo también demostraron cómo se puede utilizar la herramienta para estudiar otras proteínas, incluidas las proteínas de unión al ARN. Muchas de estas proteínas en la levadura y los humanos tienen similitudes con los priones, y las mutaciones de esas similitudes se han relacionado con enfermedades neurodegenerativas como la ELA. Con la ayuda de la herramienta, descubrieron proteínas de unión a ARN propensas a la agregación, monitorearon las consecuencias de su agregación y realizaron análisis de alto rendimiento para ver cómo la agregación de una proteína influye en otra.
«Los agregados de proteínas pueden hacer que una célula gane o pierda una función», dice Khalil. «Podría ser beneficioso o dañino. Por ejemplo, podría permitir que una célula sobreviva a condiciones estresantes o cambie su función metabólica para digerir un tipo diferente de azúcar. Y el descubrimiento de estas funciones beneficiosas a menudo ha sido fortuito». Con yTRAP, Khalil espera cambiar eso.
Todas estas funciones que proporciona yTRAP permitirán a los investigadores descubrir nuevos agregados de proteínas, rastrear sus comportamientos complicados y buscar factores y medicamentos que alteren la agregación de proteínas como tratamientos potenciales para enfermedades neurodegenerativas actualmente incurables o, por otro lado, descubrir cómo activar una función beneficiosa de un agregado.
