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(Foco Nanowerk) Los científicos llevan mucho tiempo intentando descifrar la compleja comunicación entre orgánulos celulares que regula prácticamente todos los aspectos de la salud y las enfermedades humanas. Las mitocondrias y los lisosomas interactúan a través de “sitios de contacto” temporales, intercambiando iones y moléculas vitales que controlan los procesos desde el envejecimiento hasta el cáncer. Pero las dimensiones a nanoescala y la volatilidad de estos sitios han frustrado la comprensión de cómo fluyen las sustancias entre los orgánulos y obstaculizado los esfuerzos para manipular esta interferencia con fines terapéuticos.
Bueno, como se informó en un artículo reciente en Pequeñas estructuras (“Ion Monitoring at Nanoscale Sites of Interorganelle Membrane Contact in Living Cells”), los investigadores han combinado microscopía de alta resolución y biosensores de iones especialmente diseñados para rastrear los cambios de pH entre las mitocondrias y los lisosomas durante sus contactos de microsegundos. El trabajo revela las primeras imágenes de alta resolución de iones que fluyen entre orgánulos, al tiempo que demuestra una plataforma para detectar fármacos que modulen este intercambio.
La nueva técnica promete arrojar luz sobre misterios de larga data que rodean la comunicación entre orgánulos y cómo controla el destino celular. Esto podría permitir un control sin precedentes sobre la mensajería entre compartimentos celulares para el diagnóstico y tratamiento de enfermedades de próxima generación.
Descifrando el código de comunicación de los orgánulos
Como centrales eléctricas del cuerpo que proporcionan energía para los procesos celulares, las mitocondrias deben coordinarse estrechamente con orgánulos digestivos como los lisosomas, que descomponen y reciclan biomoléculas. Los contactos que permiten esta diafonía persisten sólo durante microsegundos o milisegundos, lo que frustra los esfuerzos por capturar la dinámica de su señal.
Técnicas como la microscopía de fluorescencia permiten etiquetar orgánulos con tintes que cambian de color en respuesta a iones como el H sensible al pH.+. Sin embargo, los microscopios ópticos convencionales carecen de la resolución espacial y temporal para visualizar contactos a nanoescala y señales transitorias rápidas. Si bien los microscopios de súper resolución y alta velocidad ahora pueden resolver los límites de los orgánulos, faltan detectores de iones diseñados específicamente para rastrear la rápida interacción química en estos puntos de contacto.
Conecte los puntos usando rastreadores de iones especiales
Para cerrar esta brecha, un equipo de investigación conjunto de China desarrolló un H+ Colorante indicador que emite fluorescencia verde o roja según el cambio de pH. Al conjugar este tinte «FRET» para atacar los lisosomas, el grupo encontró hinchazón y mayor acidez de estos orgánulos al entrar en contacto con las mitocondrias. Esto sugiere que H+ Los iones pueden transferirse de las mitocondrias a los lisosomas durante su encuentro de microsegundos.
En particular, los investigadores tomaron imágenes de células vivas utilizando un microscopio de iluminación estructurada (SIM), que supera en dos veces los límites de resolución convencionales. Al capturar 12 fotogramas por segundo, SIM proporcionó los primeros vídeos a nanoescala de orgánulos que se comunican en sistemas vivos. Al cuantificar los cambios en las proporciones de fluorescencia del tinte de pH personalizado, se pudo medir por primera vez la acidificación de los orgánulos y la comunicación cruzada entre los orgánulos.
Detección de fármacos para interceptar mensajes de orgánulos.
Además de dilucidar la biología básica de la comunicación entre orgánulos, los investigadores desarrollaron un algoritmo de análisis de imágenes automatizado para estudiar candidatos a fármacos que afectan a H.+ Intercambio entre mitocondrias y lisosomas.
El algoritmo clasificó imágenes de células basándose en proporciones de tintes fluorescentes y colocalización de orgánulos y cuantificó rápidamente los cambios de pH y los estados de contacto. Al seleccionar una variedad de fármacos dirigidos a la vía de la autofagia, la apoptosis y la necrosis, el algoritmo estratificó con éxito los compuestos que se esperaba que aumentaran o disminuyeran la acidificación de los orgánulos. Una mayor optimización del aprendizaje automático podría llevar a que dichas plataformas de imágenes se adapten a campañas de detección de drogas de alto rendimiento.
Aclarando el papel de los mensajes de los orgánulos en las enfermedades.
Más allá de las herramientas para la investigación biomédica, el trabajo tiene profundas implicaciones para dilucidar cómo los contactos de los orgánulos controlan el equilibrio entre salud y enfermedad. Los investigadores sugieren que la acidificación alterada y los contactos prolongados entre mitocondrias y lisosomas pueden representar eventos patogénicos tempranos que conducen al cáncer y enfermedades neurodegenerativas.
Si bien se ha observado que los puntos de contacto entre orgánulos se forman y luego se disipan, las imágenes existentes retrasaron los eventos de señalización reales por minutos. Al detectar flujos de iones en cuadros de milisegundos, la nueva plataforma promete descubrir cómo se comunican los orgánulos para garantizar el funcionamiento adecuado de las células. y cómo los errores en este intercambio cifrado desencadenan un desastre.
Además de la capacidad de filmar estos contactos esquivos en acción, la capacidad de manipular farmacológicamente la diafonía podría inspirar nuevas generaciones de fármacos moduladores de iones, diseñados a través de mensajes de orgánulos en lugar de atacar crudamente proteínas individuales.
Queda mucho trabajo por hacer para descifrar los dialectos utilizados en los diferentes centros de comunicación de los orgánulos de la célula. Pero al disolver los mensajeros nanoscópicos que median en este tráfico, tecnologías innovadoras como estas están allanando el camino.
De
Miguel
Berger
– Michael es autor de tres libros de la Royal Society of Chemistry: Nano-Society: Pushing the Boundaries of Technology, Nanotechnology: The Future is Tiny y Nanoengineering: The Skills and Tools Making Technology Invisible Copyright ©
Nanowerk LLC
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