As células precisam reagir às mudanças ambientais e manter um sistema equilibrado de cascatas de sinalização dentro da célula. Proteínas fora da célula, na superfície celular, dentro da membrana celular, e dentro da célula orquestrar muitas vias de sinalização ajustadas, que resultam em reações às condições ambientais ou mudanças no próprio organismo. A organização espaço-temporal de processos celulares, como sinalização celular, A polarização celular e o crescimento de neuritos são freqüentemente regulados pela distribuição subcelular de moléculas ou organelas.

Proteínas individuais podem desempenhar funções distintas quando localizadas em diferentes localizações subcelulares. Um exemplo é a proteína Rac1, que controla a forma do esqueleto da célula na membrana plasmática intracelular, mas quando se localiza no núcleo, regula a morfologia nuclear. O transporte nucleocitoplasmático de Rac1 desempenha um papel importante na invasão tumoral. Em neurônios, o transporte bidirecional ao longo dos microtúbulos axonais desempenha um papel crítico na distribuição subcelular adequada das organelas. Sua desregulação está envolvida em doenças neurodegenerativas. Contudo, a análise de processos complexos que envolvem ciclagem, o tráfego ou transporte de moléculas / organelas de sinal entre os compartimentos celulares continua sendo um grande desafio.

O grupo de Yaowen Wu, professor do departamento de Química da Universidade de Umeå, agora desenvolveu uma nova tecnologia denominada Controle de Atividade Multi-direcional (MAC), o que torna possíveis os estudos ao vivo dos processos de sinalização celular. Os pesquisadores são os pioneiros no desenvolvimento de métodos para observação em tempo real de mecanismos celulares sob condições controladas. Eles usaram um fotoativável, Sistema de dimerização induzida dupla quimicamente (pdCID) para controlar o posicionamento de organelas e proteínas em vários locais em uma única célula. Este sistema combina duas reações químicas que formam dímeros de proteína em uma única célula. Um deles pode ser controlado pela luz.

"Nós mostramos que nosso sistema de dimerização fotoativável e quimicamente induzido pode ser usado para controlar a função de organelas celulares e vias de sinalização celular em uma única célula em um nível de ajuste fino e multicamadas, o que não era possível com os métodos existentes antes. Combinamos dois sistemas modulares de maneira paralela ou competitiva para permitir o controle multidirecional sobre a atividade de proteínas ou organelas por pequenas moléculas e luz, "diz Yaowen Wu, que está montando seu novo laboratório no norte da Suécia.

O grupo de pesquisa também demonstrou que a nova tecnologia permite indução muito rápida e observações de diferentes reações celulares, e permite novos estudos de perturbação que não eram possíveis usando abordagens genéticas tradicionais.

Usando este método, os cientistas operaram vários ciclos de Rac1 vaivém entre o citosol, membrana plasmática e núcleo em uma única célula. Eles poderiam controlar o transporte de peroxissomos (uma organela celular envolvida na oxidação de moléculas) em duas direções, ou seja, para a periferia da célula e, em seguida, para o corpo da célula, e vice versa. É como jogar uma partida de bilhar na cela, mas em escala micrométrica.

A abordagem MAC também pode ser usada para emular ou interferir com as condições de doença que envolvem o posicionamento da proteína / organela, a fim de estudar os mecanismos patogênicos, e, em última instância, auxiliam no desenvolvimento de sua intervenção terapêutica. O estudo é publicado em Angewandte Chemie .