En un nuevo estudio, los investigadores han aprovechado las proteínas fluorescentes para investigar los cambios en el núcleo celular durante la diferenciación de células madre embrionarias.
Un nuevo estudio, publicado recientemente en Nature Communications, revela un nuevo y poderoso método para estudiar el funcionamiento interno de los núcleos celulares durante la diferenciación de células madre embrionarias.
El equipo dirigido por el Dr. Eitan Lerner, del Instituto de Ciencias de la Vida y el Centro de Nanociencia y Nanotecnología, y el Prof. Eran Meshorer, del Instituto de Ciencias de la Vida y del Centro Edmond y Lily Safra para las Ciencias del Cerebro (ELSC) de la Universidad Hebrea de Jerusalem y la Prof. Sarah Rauscher de la Universidad de Toronto utilizaron una característica específica de proteínas brillantes especiales (proteínas fluorescentes o PF), sus vidas de fluorescencia, para aprender sobre cómo las células cambian y crecen.
Estas proteínas les ayudaron a comprender cómo las partes del ADN llamadas heterocromatina se empaquetan dentro del núcleo celular y qué sucede con estas partes durante el desarrollo celular.
Este descubrimiento nos da información importante sobre cómo funcionan y cambian nuestras células con el tiempo.
Las proteínas fluorescentes han sido durante mucho tiempo un elemento básico en la investigación celular, proporcionando a los científicos una ventana al mundo interior de las células. Sin embargo, este estudio realizado introduce una aplicación innovadora de los PF, lo que les permite servir como indicadores de densidad local dentro de los biocondensados en el núcleo celular.
Al observar que las proteínas fluorescentes monoméricas comunes (PF) exhiben vidas de fluorescencia más bajas en ciertas condiciones, los investigadores establecieron una conexión entre este comportamiento de la luz y niveles más altos de hacinamiento dentro de las estructuras celulares. Este uso innovador de la fluorescencia proporciona información valiosa sobre la biología celular, lo que permite a los científicos investigar cómo se distribuyen las densidades locales dentro de componentes celulares críticos como la proteína heterocromatina 1α (HP1α).
El estudio se centró en las células madre embrionarias de ratón (ESC) y su transición durante la diferenciación temprana. Inicialmente, los investigadores observaron una variación significativa en la forma en que las proteínas de heterocromatina se empaquetaban dentro de las estructuras celulares llamadas condensados HP1α en ESC pluripotentes (ver figura). Esta complejidad desafió una explicación simple, sugiriendo que no era como una sola fase líquida, sino más bien como múltiples fases líquidas diferentes con diferentes densidades separadas entre sí, al igual que lo que sucede en diferentes áreas dentro de una multitud de personas (ver figura). Sin embargo, a medida que las células comenzaron a diferenciarse y madurar, se produjo una transformación notable. El contenido dentro de estas estructuras se distribuyó de manera más uniforme, asemejándose al comportamiento de un líquido, aunque complejo.
Hallazgos clave
Las proteínas fluorescentes pueden actuar como indicadores, revelando cuán estrechamente empaquetados están los materiales en heterocromatina dentro de las estructuras del núcleo celular. Inicialmente, las células madre embrionarias (ESC) mostraron una distribución variada de materiales apretados dentro de estas estructuras, al igual que las diferentes densidades en una multitud de personas o entre una gota de aceite y su agua circundante (ver figura). Sin embargo, a medida que estas células comenzaron a diferenciarse y madurar, el contenido dentro de estas estructuras se distribuyó de manera más uniforme, asemejándose al comportamiento de una sola fase líquida.
Al comentar sobre el estudio, el profesor Eran Meshorer declaró: “Nuestra investigación abre nuevas puertas para comprender las complejidades del comportamiento celular durante la diferenciación. La capacidad de rastrear con precisión las densidades locales dentro de los biocondensados utilizando proteínas fluorescentes proporciona información valiosa sobre el desarrollo celular que antes estaba oculta a la vista”.
El coautor, Dr. Eitan Lerner, agregó: “Este método innovador ofrece a los investigadores una herramienta poderosa para investigar los intrincados procesos que subyacen a los eventos celulares críticos en general y la diferenciación de células madre en particular. Este descubrimiento allana el camino para obtener una mejor comprensión de las complejidades de las células internas y, como tal, tiene el potencial de remodelar nuestra comprensión de la biología celular”.
Esta investigación representa un importante paso adelante en el campo de la biología celular y es prometedora para futuras aplicaciones en la comprensión de diversos procesos y enfermedades celulares.
La publicación titulada “Fluorescent Protein Lifetimes Report Densities and Phases of Nuclear Condensates during Embryonic Stem-Cell Differentiation”, está disponible en Nature Communications.
Equipo de investigación
Khalil Joron, Departamento de Química Biológica, Instituto Alexander Silberman de Ciencias de la Vida, Facultad de Matemáticas y Ciencias, Campus Edmond J. Safra, Universidad Hebrea de Jerusalem.
Juliane Oliveira Viegas, Departamento de Genética, Instituto Alexander Silberman de Ciencias de la Vida, Universidad Hebrea de Jerusalem.
Liam Haas-Neill, Departamento de Ciencias Químicas y Físicas, Universidad de Toronto Mississauga Departamento de Física y Departamento de Química, Universidad de Toronto.
Sariel Bier, Departamento de Química Biológica, Instituto Alexander Silberman de Ciencias de la Vida, Facultad de Matemáticas y Ciencias, Campus Edmond J. Safra, Universidad Hebrea de Jerusalem.
Paz Drori, Departamento de Química Biológica, Instituto Alexander Silberman de Ciencias de la Vida, Facultad de Matemáticas y Ciencias, Campus Edmond J. Safra, Universidad Hebrea de Jerusalem.
Shani Dvir, Departamento de Química Biológica, Instituto Alexander Silberman de Ciencias de la Vida, Facultad de Matemáticas y Ciencias, Campus Edmond J. Safra, Universidad Hebrea de Jerusalem.
Patrick Siang Lin Lim, Departamento de Genética, Instituto Alexander Silberman de Ciencias de la Vida, Universidad Hebrea de Jerusalem.
Sarah Rauscher, Departamento de Ciencias Químicas y Físicas, Universidad de Toronto Mississauga Departamento de Física y Departamento de Química, Universidad de Toronto.
Eran Meshorer, Departamento de Genética, Instituto Alexander Silberman de Ciencias de la Vida y Centro Edmond y Lily Safra para las Ciencias del Cerebro (ELSC), Universidad Hebrea de Jerusalem.
Eitan Lerner, Departamento de Química Biológica, Instituto Alexander Silberman de Ciencias de la Vida, Facultad de Matemáticas y Ciencias, Campus Edmond J. Safra, y Centro de Nanociencia y Nanotecnología, Universidad Hebrea de Jerusalem.
