Un nuevo diseño de molécula triplica la eficacia de las proteínas fluorescentes azul turquesa
(22/03/2012) - E.P.
Este hecho mejora la sensibilidad de las técnicas de imagen celular para visualizar en alta resolución los procesos biológicos dentro de un organismo vivo
Un equipo de científicos ha diseñado una molécula que, en las células vivas, emite una luz azul turquesa tres veces más brillante de lo que era posible hasta hace poco. Los resultados de la investigación han sido publicados en Nature Communications.
El autor principal de la publicación es Antoine Royant, del Institut de Biologie Structurale, de la Universidad Joseph-Fourier, en Grenoble (Francia). El equipo también comprende a científicos de las universidades de Ámsterdam y Oxford, y de la Instalación Europea de Radiación Sincrotrón (ESRF), también en Grenoble.
Las proteínas fluorescentes cian (PFC) son muy populares en la biología celular, se utilizan para hacer visible, como en una película, los procesos dentro de una célula viva, o los cambios de forma en grandes moléculas biológicas. Desde principios de 1990, las proteínas fluorescentes se han convertido en uno de los instrumentos más importantes utilizados en las ciencias biológicas, y han ayudado a la observación de procesos previamente invisibles, como el desarrollo de las células nerviosas en el cerebro o la diseminación de las células cancerosas. El Premio Nobel 2008 de Química, coronó su descubrimiento y su rápido desarrollo.
Las PFC permiten visualizar muchos procesos en las células vivas, cuando se unen a una proteína implicada en una interacción o un cambio conformacional. Las PFC, dentro de la célula, se localizan mediante la iluminación de ésta con luz azul, que hace que la proteína fluorescente emita luz de un color característico, cian, en este caso. Sin embargo, estas moléculas han producido, durante mucho tiempo, un nivel de fluorescencia débil, convirtiendo solo 36 por ciento del azul en luz cian.
Para lograr un mayor brillo, y con ello mejorar la sensibilidad de las imágenes fluorescentes, los científicos usaron, en primer lugar, haces de rayos X muy brillantes en el ESRF, descubriendo cómo las PFC almacenan la energía entrante y la retransmiten en forma de luz fluorescente: los científicos produjeron cristales pequeños de diferentes PFC mejoradas, resolviendo sus estructuras moleculares. Estas estructuras revelaron un proceso sutil, cerca del cromóforo, el complejo emisor de luz dentro de las PFC, cuya eficiencia fluorescente podía ser modulada por el medio ambiente. "Pudimos entender la función de los átomos individuales, dentro de las PFC, e identificar la parte de la molécula que necesita ser modificada para aumentar el rendimiento de la fluorescencia", explica David von Stetten, del ESRF.
En paralelo a este trabajo, el equipo de Ámsterdam, dirigido por Theodorus Gadella, utilizó una innovadora técnica de cribado para estudiar cientos de moléculas PFC modificadas, midiendo la duración de su fluorescencia bajo el microscopio, para identificar las propiedades que habían mejorado.
El resultado de este diseño racional es una nueva PFC, llamada mTurquoise2. Mediante la combinación de la biología estructural y celular, los investigadores lograron demostrar que mTurquoise2 tiene una eficiencia de fluorescencia del 93 por ciento, un logro sin precedentes para este tipo de proteínas.
La nueva molécula permitirá a los científicos estudiar interacciones proteína-proteína en las células vivas, con una sensibilidad sin precedentes. Una alta sensibilidad es muy importante en los procesos donde están implicadas sólo unas pocas proteínas, y en las reacciones rápidas donde el tiempo de acumulación de luz fluorescente es corto.
"Con la nueva proteína, ya se pueden llevar a cabo muchos estudios con un nivel de precisión y detalle imposible hasta hace muy poco. Además, gracias a este nuevo enfoque, teniendo en cuenta la dinámica estructural de la proteína, los científicos esperan ahora poder diseñar mejores proteínas fluorescentes, que emitan luz de diferentes colores para su uso en otras aplicaciones", concluye Antoine Royant.
El autor principal de la publicación es Antoine Royant, del Institut de Biologie Structurale, de la Universidad Joseph-Fourier, en Grenoble (Francia). El equipo también comprende a científicos de las universidades de Ámsterdam y Oxford, y de la Instalación Europea de Radiación Sincrotrón (ESRF), también en Grenoble.
Las proteínas fluorescentes cian (PFC) son muy populares en la biología celular, se utilizan para hacer visible, como en una película, los procesos dentro de una célula viva, o los cambios de forma en grandes moléculas biológicas. Desde principios de 1990, las proteínas fluorescentes se han convertido en uno de los instrumentos más importantes utilizados en las ciencias biológicas, y han ayudado a la observación de procesos previamente invisibles, como el desarrollo de las células nerviosas en el cerebro o la diseminación de las células cancerosas. El Premio Nobel 2008 de Química, coronó su descubrimiento y su rápido desarrollo.
Las PFC permiten visualizar muchos procesos en las células vivas, cuando se unen a una proteína implicada en una interacción o un cambio conformacional. Las PFC, dentro de la célula, se localizan mediante la iluminación de ésta con luz azul, que hace que la proteína fluorescente emita luz de un color característico, cian, en este caso. Sin embargo, estas moléculas han producido, durante mucho tiempo, un nivel de fluorescencia débil, convirtiendo solo 36 por ciento del azul en luz cian.
Para lograr un mayor brillo, y con ello mejorar la sensibilidad de las imágenes fluorescentes, los científicos usaron, en primer lugar, haces de rayos X muy brillantes en el ESRF, descubriendo cómo las PFC almacenan la energía entrante y la retransmiten en forma de luz fluorescente: los científicos produjeron cristales pequeños de diferentes PFC mejoradas, resolviendo sus estructuras moleculares. Estas estructuras revelaron un proceso sutil, cerca del cromóforo, el complejo emisor de luz dentro de las PFC, cuya eficiencia fluorescente podía ser modulada por el medio ambiente. "Pudimos entender la función de los átomos individuales, dentro de las PFC, e identificar la parte de la molécula que necesita ser modificada para aumentar el rendimiento de la fluorescencia", explica David von Stetten, del ESRF.
En paralelo a este trabajo, el equipo de Ámsterdam, dirigido por Theodorus Gadella, utilizó una innovadora técnica de cribado para estudiar cientos de moléculas PFC modificadas, midiendo la duración de su fluorescencia bajo el microscopio, para identificar las propiedades que habían mejorado.
El resultado de este diseño racional es una nueva PFC, llamada mTurquoise2. Mediante la combinación de la biología estructural y celular, los investigadores lograron demostrar que mTurquoise2 tiene una eficiencia de fluorescencia del 93 por ciento, un logro sin precedentes para este tipo de proteínas.
La nueva molécula permitirá a los científicos estudiar interacciones proteína-proteína en las células vivas, con una sensibilidad sin precedentes. Una alta sensibilidad es muy importante en los procesos donde están implicadas sólo unas pocas proteínas, y en las reacciones rápidas donde el tiempo de acumulación de luz fluorescente es corto.
"Con la nueva proteína, ya se pueden llevar a cabo muchos estudios con un nivel de precisión y detalle imposible hasta hace muy poco. Además, gracias a este nuevo enfoque, teniendo en cuenta la dinámica estructural de la proteína, los científicos esperan ahora poder diseñar mejores proteínas fluorescentes, que emitan luz de diferentes colores para su uso en otras aplicaciones", concluye Antoine Royant.
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