Sondas fluorescentes revelan barreras fluidas dentro de los poros nucleares de células humanas vivas

Seguimiento del movimiento de las proteínas en nanocanales vivos

Los núcleos de las células humanas protegen su información genética tras una doble membrana perforada por miles de canales microscópicos. El transporte a través de estas compuertas lo gestiona una malla interna de proteínas, pero los científicos no se ponían de acuerdo sobre si esa malla se comportaba como un polímero estirado, un condensado líquido o un gel rígido. Para estudiar la estructura en células humanas intactas mediante una nueva innovación metodológica, un equipo de investigación dirigido por la Universidad Johannes Gutenberg de Maguncia (JGU), el Instituto Max Planck de Biofísica (MPI-BP) de Fráncfort del Meno y la Universidad de Wuhan unió diminutas sondas luminosas directamente a las proteínas del poro, según informa Phys.org.

Al registrar la movilidad de estos colorantes fluorescentes, los investigadores pudieron medir directamente el estado físico del canal. Los colorantes se desplazaban rápidamente dentro de células activas, lo que confirmó que el canal interno funciona como un líquido. El profesor Edward Lemke, catedrático de biofísica sintética de la JGU, que dirigió el estudio junto con el profesor Gerhard Hummer, del MPI-BP, explicó que la elevada velocidad de los marcadores ópticos demostraba un entorno similar al de un líquido dentro del poro vivo.

«Por primera vez hemos podido medir la dinámica intrínseca de las proteínas dentro del nanocanal de una célula viva y demostrar que el interior de este canal es similar a un líquido»

— Profesor Edward Lemke, Universidad Johannes Gutenberg de Maguncia

Por qué los filtros celulares evitan solidificarse

El comportamiento dinámico observado en células vivas contrastaba marcadamente con las pruebas realizadas en tubos de ensayo. Cuando se estudiaron proteínas del poro aisladas in vitro sin factores celulares, el material se endurecía sistemáticamente al cabo de unas dos horas hasta formar una estructura densa parecida a un osito de goma o a las agregaciones de proteínas que se observan en las enfermedades de Alzheimer y Parkinson, según Phys.org.

Para evitar ese deterioro, las células vivas ponen en marcha dos mecanismos bioquímicos concretos. Las proteínas de la barrera deben estar glicosiladas, es decir, modificadas con grupos de azúcar que impiden que las cadenas individuales se adhieran entre sí con demasiada fuerza. Combinadas con receptores de transporte activos, las proteínas reprodujeron en modelos de laboratorio el movimiento rápido y líquido medido en células intactas, según los investigadores.

Simulaciones a escala exa para cartografiar el corredor de transporte

Comprender el estado físico del poro permitió a los investigadores del MPI-BP construir un modelo computacional detallado del proceso de filtración. Los cálculos se ejecutaron en JUPITER, el primer superordenador de escala exa de Europa, situado en el Centro de Investigación de Jülich, según informa Phys.org. Las simulaciones abordaron un enigma biológico clásico: por qué el flujo molecular parece más rápido a lo largo de los márgenes del canal que a lo largo de su línea central.

Aunque el equipo de investigación no ha anunciado una solicitud de patente para proteger la propiedad intelectual de la invención, su sistema de seguimiento óptico ofrece un marco reproducible para estudiar las barreras de transporte celular. Aclarar cómo las proteínas desordenadas mantienen límites fluidos sin solidificarse da a los investigadores un punto de referencia para estudiar cómo entran los virus en los núcleos y por qué se produce la agrupación defectuosa de proteínas en las enfermedades degenerativas.

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