Una sinfonía rige la actividad de las células

Complejas redes de señalización química controlan casi todas las funciones en las células, que a su vez hacen posible la dinámica del organismo humano al estar implicadas en cuestiones tan importantes como la absorción de nutrientes o la formación de recuerdos, entre muchas otras. Una investigación desarrollada en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) ha concretado un avance trascendente en la comprensión de estos fenómenos, al lograr captar imágenes simultáneas de diferentes actividades moleculares que se llevan a cabo en el interior de cada célula.

Según explica una nota de prensa, el hallazgo se obtuvo a partir de un nuevo enfoque aplicado a la técnica de marcadores fluorescentes, que ya se utilizaba para analizar la actividad molecular en el interior de las células, identificando los procesos mediante la diferencia en las tonalidades y los brillos. Sin embargo, hasta el momento esta técnica solamente permitía apreciar individualmente cada tarea o función, sin que exista la posibilidad de observar su interacción. La “sinfonía molecular”, en consecuencia, quedaba oculta.

Pero escuchar únicamente el instrumento predominante en una orquesta no alcanza para disfrutar totalmente de una sinfonía: es preciso notar la integración de cada sonido, de cada timbre, de cada “color” musical. En el camino para entender las interacciones que se concretan en el interior de las células, y así comprender su impacto en las funciones del organismo, es vital escuchar la sinfonía completa. Ahora, los científicos del MIT han encontrado una forma de hacerlo.

“Al permitir observaciones de múltiples señales celulares al mismo tiempo, nuestra tecnología nos ayudará a comprender la sinfonía de actividades celulares”, explicó Changyang Linghu, científico del MIT y uno de los autores del estudio publicado en la revista Cell. Dentro de cada célula, miles de moléculas como proteínas, iones y otras variedades trabajan de forma integrada para realizar todo tipo de funciones, como por ejemplo diferenciarse en tejidos específicos.

Ampliar la mirada

En las últimas dos décadas, los científicos se han esforzado para comprender las alianzas moleculares que tienen lugar en el interior de las células, para de esa forma entender más sobre las funciones que realizan. Sin embargo, aunque la técnica de marcadores fluorescentes permite señalizar moléculas y seguir su actividad, tiene una limitación: habitualmente se pueden observar como máximo una o dos señales químicas a la vez, porque el microscopio no puede distinguir entre una gran variedad de colores fluorescentes.

El avance obtenido en esta investigación tiene que ver con la reinterpretación de la técnica de marcadores fluorescentes. Midiendo cada señal desde ubicaciones distintas y aleatorias en el interior de una célula, los científicos lograron captar la actividad de hasta cinco moléculas al mismo tiempo, centrándose en la localización y no en el color. Incluso creen que el desarrollo a futuro de la nueva tecnología permitirá analizar cientos de señales moleculares en forma simultánea.

Potencial a futuro

Con el propósito de comprobar el potencial del nuevo enfoque, los especialitas midieron las actividades de tres moléculas a la vez: calcio, AMP cíclico y proteína quinasa A (PKA). La red de señalización que integran estas moléculas forma parte de variadas funciones celulares en todo el cuerpo. Por ejemplo, es vital para el fortalecimiento de las conexiones entre las neuronas, un proceso que hace posible el aprendizaje y la formación de nuevos recuerdos.

Al aplicar la nueva técnica de imágenes a las neuronas piramidales del hipocampo, los investigadores identificaron dos nuevos subgrupos con diferentes dinámicas de señalización de calcio. Según explicaron, se trata de un primer ejemplo de la enorme cantidad de procesos que podrán llegar a descubrirse gracias a que, finalmente, ahora son capaces de escuchar la sinfonía completa y no solamente un par de instrumentos.

Referencia

Spatial Multiplexing of Fluorescent Reporters for Imaging Signaling Network Dynamics. Changyang Linghu, Shannon L. Johnson, Pablo A. Valdes, Mark F. Bear, Amy E. Keating, Edward S. Boyden et al. Cell (2020).DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.10.035

Imagen:

Las diferentes actividades moleculares dentro de la célula, captadas simultáneamente gracias a la nueva tecnología desarrollada. Crédito: Edward S. Boyden et al / MIT.