Indagine sull'attività delle chinasi nelle cellule viventi: gli scienziati costruiscono uno strumento di registrazione molecolare
Superare i limiti dell'imaging ottico
La capacità delle protein-chinasi di trasferire un gruppo fosfato alle proteine bersaglio svolge un ruolo importante in molti processi cellulari. Gli scienziati del Max Planck Institute for Medical Research di Heidelberg hanno ora sviluppato un nuovo strumento molecolare in grado di monitorare queste attività di chinasi sia spazialmente che temporalmente. Ciò consente di studiare il legame tra le attività delle chinasi e i fenotipi cellulari in popolazioni cellulari eterogenee e in vivo.
Le protein chinasi, un importante sottogruppo di chinasi, controllano la maggior parte dei processi cellulari. La loro attività è fondamentale per i processi cellulari regolari, mentre l'attività aberrante delle chinasi è coinvolta in numerose malattie.
Superare i limiti dell'imaging ottico
"Volevamo trovare un modo per registrare le attività delle chinasi in modo scalabile e ad alta risoluzione, senza le limitazioni dell'imaging ottico. Al microscopio, le osservazioni sono tipicamente limitate all'imaging in tempo reale di un numero relativamente piccolo di cellule e non sono facilmente applicabili ai tessuti profondi", afferma De-en Sun, che ha guidato il team del progetto insieme a Kai Johnsson, direttore del Max Planck Institute (MPI) per la ricerca medica.
La chiave: convertire l'attività transitoria della chinasi in un segnale fluorescente stabile
Con il loro registratore molecolare Kinprola, gli scienziati del Max Planck hanno trovato un modo per superare i limiti della registrazione ottica in tempo reale. Essi utilizzano un interruttore molecolare che dipende dalla fosforilazione, un processo catalizzato dalle chinasi. Quando la chinasi viene attivata, la registrazione viene avviata con il lavaggio di un substrato fluorescente, che consente di etichettare le proteine Kinprola attivate. La registrazione termina con il lavaggio del substrato. La popolazione di Kinprola marcata rimane stabile nel tempo, mentre il resto del pool di proteine Kinprola rimane non marcato.
Questa procedura consente di registrare e analizzare in modo disaccoppiato, utilizzando diverse tecniche di imaging e la citometria a flusso - una tecnica che consente di analizzare e ordinare le proprietà fisiche e chimiche delle cellule o di altre particelle -, a seconda dell'esperimento. Converte l'attività transitoria della chinasi in un segnale fluorescente stabile e si caratterizza per la sua elevata versatilità e scalabilità. Kinprola funziona per diverse chinasi e funziona in vivo. Nel cervello dei topi, ad esempio, Kinprola è in grado di registrare l'attivazione della PKA aumentata dall'iniezione di farmaci.
Partner di cooperazione dalla comunità scientifica di Heidelberg e dalla Cina
De-en Sun dell'MPI per la ricerca medica di Heidelberg è sostenuta dalla borsa di studio Humboldt per la ricerca e da una borsa di studio post-dottorato interistituzionale della Health + Life Science Alliance Heidelberg Mannheim. Gli scienziati del Centro tedesco per la ricerca sul cancro (DKFZ) e dell'Università di Heidelberg hanno contribuito alla trascrittomica (gruppi Frank Winkler e Wolfgang Wick) e allo screening CRISPR (gruppo Michael Boutros). Gli scienziati del gruppo Yulong Li dell'Università di Pechino, in Cina, hanno contribuito agli esperimenti sui topi.
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Pubblicazione originale
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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