El método de imagen destaca el nuevo papel de la proteína del "esqueleto" celular

El método de imagen destaca el nuevo papel de la proteína del "esqueleto" celular

Las moléculas de actina ayudan a controlar la división de las mitocondrias, con implicaciones para la enfermedad

LA JOLLA—Mientras que su esqueleto ayuda a su cuerpo a moverse, los filamentos finos similares a esqueletos dentro de sus células también ayudan a que las estructuras celulares se muevan. Ahora, los investigadores de Salk han desarrollado un nuevo método de imagen que les permite monitorear un pequeño subconjunto de estos filamentos, llamado actina.

"La actina es la proteína más abundante en la célula, por lo que cuando la visualizas, está por toda la célula", dice Mansión Uri, director de las instalaciones de Biophotonics Core de Salk y autor correspondiente del artículo. "Hasta ahora, ha sido muy difícil saber dónde están las moléculas de actina individuales de interés, porque es difícil separar la señal relevante de todo el fondo".

Con la nueva técnica de imagen, el equipo de Salk ha podido concentrarse en cómo la actina interviene en una función importante: ayudar a las "centrales eléctricas" celulares conocidas como mitocondrias a dividirse en dos. El trabajo, que apareció en la revista Nature Methods el 10 de agosto de 2020, podría proporcionar una mejor comprensión de la disfunción mitocondrial, que se ha relacionado con el cáncer, el envejecimiento y las enfermedades neurodegenerativas.

La fisión mitocondrial es el proceso por el cual estas estructuras u orgánulos generadores de energía se dividen y multiplican como parte del mantenimiento celular normal; los orgánulos se dividen no solo cuando una célula misma se está dividiendo, sino también cuando las células están bajo grandes cantidades de estrés o las mitocondrias están dañadas. Sin embargo, la forma exacta en que una mitocondria se pellizca en dos mitocondrias no se conoce bien, en particular cómo ocurre la constricción inicial. Los estudios han encontrado que eliminar completamente la actina de una célula, entre muchos otros efectos, conduce a una menor fisión mitocondrial, lo que sugiere un papel de la actina en el proceso. Pero la destrucción de toda la actina causa tantos defectos celulares que es difícil estudiar el papel exacto de la proteína en cualquier proceso, dicen los investigadores.

Entonces, Manor y sus colegas desarrollaron una nueva forma de visualizar la actina. En lugar de etiquetar toda la actina de la célula con fluorescencia, crearon una sonda de actina dirigida a la membrana externa de las mitocondrias. Solo cuando la actina está dentro de los 10 nanómetros de la mitocondria, se adhiere al sensor, lo que hace que aumente la señal de fluorescencia.

En lugar de ver la actina dispersa al azar alrededor de todas las membranas mitocondriales, como podría ocurrir si no hubiera interacciones discretas entre la actina y los orgánulos, el equipo de Manor vio puntos de acceso brillantes de actina. Y cuando miraron de cerca, los puntos calientes estaban ubicados en los mismos lugares donde otro orgánulo llamado retículo endoplásmico cruza las mitocondrias, que previamente se descubrió que eran sitios de fisión. De hecho, mientras el equipo observaba cómo los puntos calientes de actina se encendían y desaparecían con el tiempo, descubrieron que el 97 por ciento de los sitios de fisión mitocondrial tenían actina fluorescente a su alrededor. (Ellos especulan que también había actina en el otro 3 por ciento de los sitios de fisión, pero que no era visible).

"Esta es la evidencia más clara que he visto de que la actina se acumula en los sitios de fisión", dice Cara Schiavon, coautora del artículo y becaria postdoctoral conjunta en los laboratorios de Uri Manor y Salk Professor. Geraldine Shadel. "Es mucho más fácil de ver que cuando usas cualquier otro marcador de actina".

Al alterar la sonda de actina para que se adhiriera a la membrana del retículo endoplásmico en lugar de a las mitocondrias, los investigadores pudieron reconstruir el orden en el que los diferentes componentes se unen al proceso de fisión mitocondrial. Los resultados del equipo sugieren que la actina se adhiere a las mitocondrias antes de llegar al retículo endoplásmico. Esto brinda información importante sobre cómo el retículo endoplásmico y las mitocondrias trabajan juntos para coordinar la fisión mitocondrial.

En experimentos adicionales descritos en un manuscrito preimpreso disponible en bioRxivEl equipo de Manor también informa que la misma acumulación de actina asociada al retículo endoplásmico se observa en los sitios donde se dividen otros orgánulos celulares, incluidos endosomas, lisosomas y peroxisomas. Esto sugiere un nuevo papel amplio para un subconjunto de actina en la dinámica y la homeostasis (equilibrio fisiológico) de los orgánulos.

En el futuro, el equipo espera ver cómo las mutaciones genéticas conocidas por alterar la dinámica mitocondrial también podrían afectar las interacciones de la actina con las mitocondrias. También planean adaptar las sondas de actina para visualizar la actina que está cerca de otras membranas celulares.

"Esta es una herramienta universal que ahora se puede usar para muchas aplicaciones diferentes", dice Tong Zhang, especialista en microscopía de luz en Salk y coautor del artículo. "Al cambiar la secuencia de orientación o el nanocuerpo, puede abordar otras cuestiones fundamentales en biología celular".

“Estamos en una era dorada de la microscopía, donde siempre se inventan nuevos instrumentos con una resolución cada vez mayor; pero a pesar de eso, todavía existen grandes limitaciones en lo que se puede ver”, dice Manor. “Creo que la combinación de estos poderosos microscopios con nuevos métodos que seleccionan exactamente lo que quieres ver es la próxima generación de imágenes”.

Otros investigadores del estudio fueron Pauline Wales, Leonardo Andrade, Melissa Wu, Tsung-Chang Sung, Yelena Dayn y Gerald Shadel de Salk; Bing Zhao y Robert Grosse de la Universidad de Friburgo; Andrew Moore del Instituto Médico Howard Hughes; y Jasmine Feng y Omar Quintero de la Universidad de Richmond.

El Centro de Biofotónica Avanzada de Waitt (sede de las instalaciones del Núcleo de Biofotónica de Salk) está financiado por la Fundación Waitt y el Instituto Nacional del Cáncer. El trabajo y los investigadores involucrados también recibieron el apoyo de Salk Transgenic Core Facility, los Institutos Nacionales de Salud, el Instituto Nacional de Ciencias Médicas Generales, el Programa de Ciencias de la Frontera Humana, el Centro de Estudios Integrativos de Señalización Biológica y la Escuela de Artes y Ciencias de la Universidad de Richmond.

DOI: 10.1038/s41592-020-0926-5