O método de rotulagem química fornece uma nova abordagem para registrar atividades celulares
Dentro do cérebro de um peixe:o novo método de marcação química utiliza corantes fluorescentes distinguíveis, aqui magenta e azul, para registrar atividades celulares para análise posterior. Crédito:MPI para Pesquisa Médica Nas células vivas, um grande número de eventos transitórios ocorre simultaneamente, cada um deles importante para uma determinada célula no desempenho de sua função. O registo fiel destas atividades transitórias é um pré-requisito para uma compreensão molecular da vida, mas a obtenção de tais registos é extremamente desafiadora.
Cientistas do Instituto Max Planck de Pesquisa Médica em Heidelberg e seus parceiros de colaboração criaram uma nova tecnologia que permite registrar eventos celulares através de marcação química com corantes fluorescentes para análise posterior, abrindo formas completamente novas de estudar a fisiologia celular. O novo método já foi publicado na
Science .
O registo de eventos celulares transitórios desempenha um papel decisivo no exame e compreensão dos processos biológicos, mas apresenta desafios técnicos significativos. Um método de registro ideal observaria grandes populações de células simultaneamente, funcionaria no tubo de ensaio e em animais vivos e permitiria que as observações registradas fossem recuperadas e analisadas posteriormente. Até agora, têm faltado em grande parte métodos que cumpram estes critérios:uma lacuna que a nova tecnologia poderia agora colmatar.
“Nossa tecnologia é baseada em uma proteína registradora que se torna irreversivelmente marcada com um corante fluorescente quando ocorre um evento de interesse em sua vizinhança”, explica Magnus-Carsten Huppertz, pesquisador de pós-doutorado no Departamento de Biologia Química do MPI para Pesquisa Médica. “Isso permite aos cientistas estudar um grande número de células em paralelo – in vivo ou in vitro”.
Substratos distinguíveis registram períodos sucessivos de atividade
A equipe, liderada por Kai Johnsson e Julien Hiblot, projetou proteínas que são marcadas quando uma atividade celular específica e um substrato fluorescente estão presentes simultaneamente. A lavagem e a lavagem do substrato definem o período de registro, enquanto a atividade celular determina o grau de marcação. Além disso, utilizando substratos distinguíveis, podem ser registadas diferentes fases dentro de um período de actividade.
Atividade celular codificada por cores no cérebro de uma mosca. Crédito:MPI para Pesquisa Médica Em seus estudos, construíram gravadores para três processos diferentes de interesse central:ativação de receptores, interações proteína-proteína e alterações no íon cálcio (Ca
2+
) concentração. Este último foi empregado para estudar a heterogeneidade do Ca
2+
mudanças nas redes celulares derivadas do glioblastoma, um tumor cerebral agressivo.
Em estreita colaboração com os grupos de Lisa Fenk e Herwig Baier do Instituto Max Planck de Inteligência Biológica em Martinsried, os autores registaram com sucesso padrões de atividade neuronal em moscas e peixes-zebra.
“No final, desenvolvemos uma plataforma de gravação versátil para a análise paralela de numerosos eventos celulares transitórios simultâneos in vitro e in vivo”, conclui Jonas Wilhelm, pesquisador de pós-doutorado no mesmo departamento.
O principal desafio que os cientistas enfrentaram durante o seu trabalho foi refinar a plataforma de registo recentemente desenvolvida para garantir a sua robustez e desempenho eficiente numa gama de sistemas de modelos biológicos. Para explorar o uso desta nova tecnologia sob diversas condições, eles estabeleceram uma variedade de arranjos experimentais compostos.
“Estamos entusiasmados em fornecer novas ferramentas moleculares com potencial para permitir novos tipos de experimentos e acelerar a pesquisa em diferentes campos, como neurobiologia e oncologia”, afirmam Magnus-Carsten Huppertz e Jonas Wilhelm. “Tivemos a sorte de poder colaborar com cientistas de diferentes disciplinas para tornar esta nova tecnologia possível”.
Além do Instituto Max Planck de Inteligência Biológica, cientistas do Centro Alemão de Pesquisa do Câncer (DKFZ), do Centro Nacional de Doenças Tumorais (NCT), da Universidade de Heidelberg, do Janelia Research Campus, Virgínia, EUA, e da École Polytechnique Fédérale de Lausanne ( EPFL), Suíça contribuiu para o trabalho.
Mais informações: Magnus-Carsten Huppertz et al, Registrando a história fisiológica de células com marcação química,
Ciência (2024). DOI:10.1126/science.adg0812
Fornecido por Max-Planck-Institut für medizinische Forschung
