Investigar la actividad de las quinasas en células vivas: los científicos construyen una herramienta de registro molecular
Superar las limitaciones de la imagen óptica
La capacidad de las proteínas cinasas para transferir un grupo fosfato a proteínas diana desempeña un papel importante en muchos procesos celulares. Científicos del Instituto Max Planck de Investigación Médica de Heidelberg han desarrollado una nueva herramienta molecular capaz de monitorizar las actividades de estas cinasas tanto espacial como temporalmente. Esto permite investigar la relación entre las actividades de las cinasas y los fenotipos celulares en poblaciones celulares heterogéneas e in vivo.
Las proteínas cinasas, un importante subgrupo de cinasas, controlan la mayoría de los procesos celulares. Su actividad es crucial para los procesos celulares regulares, mientras que una actividad cinasa aberrante está implicada en numerosas enfermedades.
Superar las limitaciones de la imagen óptica
"Queríamos encontrar una forma de registrar las actividades de las quinasas de forma escalable y con alta resolución, sin las restricciones de la imagen óptica. Con el microscopio, las observaciones suelen limitarse a imágenes en tiempo real de un número relativamente pequeño de células y no son fácilmente aplicables a tejidos profundos", afirma De-en Sun, que dirigió el equipo del proyecto junto con Kai Johnsson, director del Instituto Max Planck (MPI) de Investigación Médica.
La clave: convertir la actividad cinasa transitoria en una señal fluorescente estable
Con su registrador molecular Kinprola, los científicos del Max Planck encontraron una forma de superar las limitaciones del registro óptico en tiempo real. Utilizan un interruptor molecular que depende de la fosforilación, un proceso catalizado por las quinasas. Cuando esta quinasa se activa, la grabación se inicia lavando en un sustrato fluorescente, lo que permite etiquetar las proteínas Kinprola activadas. El registro finaliza lavando el sustrato. La población Kinprola marcada permanece estable a lo largo del tiempo, mientras que el resto del conjunto de proteínas Kinprola permanece sin marcar.
Este procedimiento permite desacoplar el registro y el análisis, utilizando diferentes técnicas de imagen y citometría de flujo -una técnica que permite analizar y clasificar las propiedades físicas y químicas de las células u otras partículas-, en función del experimento. Convierte la actividad cinasa transitoria en una señal fluorescente estable, y se caracteriza por su gran versatilidad y escalabilidad. Kinprola funciona para múltiples quinasas, y funciona in vivo. En cerebros de ratón, por ejemplo, Kinprola puede registrar la activación de PKA elevada por inyección de fármacos.
Socios colaboradores de la comunidad científica de Heidelberg y China
De-en Sun, del MPI de Investigación Médica de Heidelberg, cuenta con el apoyo de la Beca de Investigación Humboldt y de una beca postdoctoral interinstitucional de la Alianza Salud + Ciencias de la Vida Heidelberg Mannheim. Científicos del Centro Alemán de Investigación Oncológica (DKFZ) y de la Universidad de Heidelberg contribuyeron a la transcriptómica (grupos de Frank Winkler y Wolfgang Wick) y al cribado CRISPR (grupo de Michael Boutros). Científicos del grupo de Yulong Li de la Universidad de Pekín (China) contribuyeron a los experimentos con ratones.
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Publicación original
De-en Sun, Siu Wang Ng, Yu Zheng, Shu Xie, Niklas Schwan, Paula Breuer, Dirk C. Hoffmann, Julius Michel, Daniel D. Azorin, Kim E. Boonekamp, Frank Winkler, Wolfgang Wick, Michael Boutros, Yulong Li, Kai Johnsson; "Molecular recording of cellular protein kinase activity with chemical labeling"; Nature Chemical Biology, 2025-7-10
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