Los científicos revelan las primeras imágenes de una célula construyendo su 'carretera molecular' – ScienceAlert

Un equipo de investigadores españoles ha dado un paso adelante al capturar las primeras imágenes detalladas del mundo de la «red de carreteras» de una célula humana cuando comienza a emerger.

Las imágenes de alta resolución y las imágenes a escala atómica ayudan a explicar un antiguo enigma sobre cómo se forman estructuras diminutas llamadas microtúbulos durante la división celular. El descubrimiento podría avanzar en el desarrollo de tratamientos específicos para el cáncer y muchas otras enfermedades.

«Los microtúbulos son componentes críticos de las células, pero todas las imágenes que vemos en los libros de texto que describen los primeros momentos de su creación son modelos o dibujos animados basados ​​en estructuras de levadura», Él dice bioquímico Thomas Surrey del Centro de Regulación Genómica de Barcelona.

«Aquí capturamos el proceso en acción dentro de las células humanas. Ahora que sabemos cómo se ve, podemos explorar cómo se regula. Dado el papel fundamental de los microtúbulos en la biología celular, esto podría eventualmente conducir a nuevos enfoques terapéuticos para una amplia gama de gama de trastornos.»

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🔍 En una increíble colaboración con @LlorcaLabHemos revelado la estructura de #γTuRC durante la nucleación de los microtúbulos, impulsado por @DeBritoClaudia en nuestro laboratorio e @serrinarina A @CNIOStopCancer.

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– Laboratorio de Surrey (@surrey_lab) 2 de febrero de 2024

En una célula, los microtúbulos actúan como carreteras para transportar componentes entre diferentes áreas. También desempeñan un papel crucial en la división celular, actuando como un lazo al enganchar y separar los cromosomas duplicados, permitiendo que la célula se divida en dos.

A través de un proceso llamado nucleación de microtúbulosLos microtúbulos están formados por proteínas llamadas tubulinas mediante una estructura llamada complejo de anillo gamma-tubulina (γ-TuRC), que actúa como plantilla que guía su formación.

Un misterio surgió cuando se descubrió que el γ-TuRC humano exhibía catorce filas de tubulinas en lugar de los trece esperados que los microtúbulos necesitan para que las células funcionen correctamente, y la estructura del anillo de γ-TuRC apareció abierta cuando los científicos esperaban que estuviera cerrada.

Las primeras imágenes de alta resolución de γ-TuRC y microtúbulos juntos ayudan a desentrañar este misterio. El equipo tuvo que reducir la velocidad del proceso a alta velocidad para verlo en el laboratorio.

«Necesitábamos encontrar condiciones que nos permitieran visualizar más de un millón de microtúbulos en el proceso de nucleación antes de que crecieran demasiado y oscurecieran la acción de γ-TuRC». Él dice la bióloga celular Cláudia Brito, del Centro de Regulación Genómica.

«Pudimos lograr esto utilizando herramientas moleculares en nuestro laboratorio y luego congelando los muñones de microtúbulos en su lugar».

Los investigadores utilizaron microscopía crioelectrónica y algún procesamiento de imágenes complejo para determinar la estructura 3D de γ-TuRC durante la formación de microtúbulos. Descubrieron que cuando el γ-TuRC comienza a nuclearse y el microtúbulo crece, sufre un cambio de forma.

Se cierra hábilmente, metiendo una tubulina para que coincida con el diseño del microtúbulo. También se descubrió un nuevo mecanismo de cierre, que reveló que el microtúbulo en crecimiento ayuda a la plantilla γ-TuRC a encontrar su forma correcta.

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«Visualizamos el proceso que inicia la formación de microtúbulos y vemos que el γ-TuRC humano es un circuito abierto que se cierra para convertirse en una plantilla perfecta para la nucleación de microtúbulos». Él dice El biólogo estructural Oscar Llorca del Centro Nacional de Investigaciones Oncológicas de España.

«Pero también descubrimos que este anillo necesita que el 'primer ladrillo' de un microtúbulo sea empujado hacia su lugar para cerrarse; cuando esto sucede, una región del γ-TuRC humano actúa como un ancla que bloquea este 'primer ladrillo'. ' para luego cerrar el anillo e iniciar la formación de microtúbulos.»

Los problemas con los microtúbulos pueden causar muchas complicaciones de salud, incluyendo el cáncer. La disfunción de los microtúbulos también puede exacerbar afecciones como el asma y las enfermedades cardíacas, además de contribuir a los trastornos neurodegenerativos.

Aunque los microtúbulos son el objetivo de algunos tratamientos contra el cáncer, estos medicamentos tienen el desafortunado efecto secundario de afectar también a las células sanas. Y los tumores tienen el potencial de volverse resistentes a estos medicamentos con el tiempo. Por lo tanto, es valioso saber más sobre los microtúbulos y su proceso de construcción.

«A medida que más trabajos aclaren cómo los reguladores se unen a γ-TuRC y cómo influyen en los cambios conformacionales durante la nucleación, podrían transformar nuestra comprensión de cómo funcionan los microtúbulos», Surrey explica«Y posiblemente ofrecer sitios alternativos a los que se podría dirigir para evitar que las células tumorales pasen por el ciclo celular».

El estudio fue publicado en Ciencia.