Un gruppo di ricerca presso l’Università di Umeå ha sviluppato nuovi strumenti avanzati controllati dalla luce che consentono il controllo preciso delle proteine in tempo reale nelle cellule viventi. Questa rivoluzionaria ricerca apre le porte a nuovi metodi per studiare i processi complessi nelle cellule e potrebbe spianare la strada a progressi significativi nella medicina e nella biologia sintetica.
“I processi cellulari sono complessi e cambiano costantemente a seconda di quando e dove si verificano nella cellula. Il nostro nuovo strumento chimico con interruttori di luce renderà più facile controllare i processi nella cellula e studiare come funzionano le cellule in tempo reale. Possiamo anche determinare dove facciamo tale regolamentazione con una risoluzione di micrometri all’interno di una cellula o di un tessuto ”, afferma Yaowen Wu, professore presso il Dipartimento di Chimica dell’Università di Umeå.
L’intricata coreografia di ciò che accade in una cellula si basa sulla distribuzione precisa e sull’interazione delle proteine nel tempo e nello spazio. Il controllo della funzione proteica o genica è una pietra miliare della moderna ricerca biologica. Tuttavia, le tecniche genetiche tradizionali come CRISPR-Cas9 operano spesso su una scala temporale più lunga, il che rischia di adattarsi alle cellule. Inoltre, le tecniche mancano della precisione spaziale e temporale necessaria per studiare processi cellulari altamente dinamici.
Per affrontare queste sfide, i cosiddetti sistemi chemio-ottogenetici sono emersi come strumenti potenti. Questi sistemi combinano molecole chimiche, ottica e proteine geneticamente modificate per controllare con precisione le attività proteiche in posizioni specifiche nelle cellule usando piccole molecole sensibili alla luce. Il laboratorio del professor Yaowen Wu è in prima linea nello sviluppo di sistemi chemio-ottogenetici.
In precedenza, il laboratorio di Yaowen Wu ha introdotto sistemi basati su un tipo di colla molecolare. Questi funzionano mettendo insieme due proteine per cambiare la localizzazione o l’attività di una proteina. Le colle molecolari sono attivate o disattivate dalla luce rimuovendo o scintillando un gruppo sensibile alla luce. Sebbene questi strumenti rappresentassero progressi significativi, avevano limiti nel loro uso e stabilità chimica insufficiente.
In due nuove pubblicazioni selezionate come documenti caldi nel diario Angewandte Chemie International Edition and Chemistry – A European JournalI ricercatori del Wu Lab hanno sviluppato strumenti chemio-optogenetici di prossima generazione basati su colle molecolari di foto. Questi migliorano i sistemi precedenti e superano i limiti. Attraverso il design molecolare modificato, queste colle molecolari possono essere accese “On” o “Off” come un interruttore di luce che utilizza la luce di specifiche lunghezze d’onda, consentendo più cicli di attivazione in cui i due diversi stati promuovono o inibiscono la funzione proteica.
“Il nuovo design modulare consente un’enorme versatilità del sistema con proprietà adattabili e maggiore stabilità”, afferma Jun Zhang, scienziato del personale presso il Dipartimento di Chimica dell’Università di Umeå.
“Nei nostri esperimenti, siamo stati in grado di dimostrare un controllo preciso su diversi processi nella cellula, tra cui la funzione e la localizzazione proteica, il posizionamento degli organelli e i livelli di proteine”, afferma Laura Herzog, Fellow post -dottorato presso il Dipartimento di Chimica dell’Università di Umeå.
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