Un nuevo avance en la investigación biomédica ha sido desarrollado por científicos del Centro Médico UT Southwestern. Se trata de PHOTON, una innovadora herramienta que permite identificar la localización de las moléculas de ARN en su entorno natural dentro de las células. Esta técnica, detallada en un artículo publicado en Nature Communications, ofrece pistas valiosas sobre cómo se distribuyen diferentes especies de ARN en respuesta a diversas señales celulares, lo que podría ayudar a desentrañar procesos que se alteran en diversas enfermedades y, potencialmente, identificar nuevos objetivos para tratamientos.
El líder del estudio, el Dr. Haiqi Chen, profesor asistente en el Centro Cecil H. e Ida Green para Ciencias de la Reproducción y en el Departamento de Obstetricia y Ginecología de UT Southwestern, explica que el envejecimiento y muchas enfermedades neurodegenerativas imponen un estrés significativo a las células, provocando que un subconjunto del ARN celular se redistribuya en varios compartimentos subcelulares, como los gránulos de estrés. «PHOTON nos permite detectar la redistribución espacial del ARN celular en enfermedades frente a la salud, ayudándonos a entender cómo estas enfermedades causan daño a las funciones celulares», señala.
Las células producen las proteínas necesarias a través de un proceso de dos pasos en el que una enzima «transcribe» el ADN en ARN, que luego se «traduce» en proteínas por los ribosomas. Dado que la traducción ocurre en múltiples ubicaciones dentro de las células, comprender qué moléculas de ARN están presentes en esos lugares puede arrojar luz sobre cómo las células utilizan las proteínas y cómo estos procesos pueden diferir en salud y enfermedad. Si bien los investigadores han examinado los ARN presentes en orgánulos resistentes que pueden ser aislados fácilmente, como el núcleo o las mitocondrias, el Dr. Chen aclara que otras estructuras dentro de las células son más frágiles o transitorias, lo que impide el uso de enfoques convencionales.
Desarrollo y aplicación de PHOTON
Con el objetivo de superar estas limitaciones, el Dr. Chen y su equipo desarrollaron PHOTON, que significa Selección Fotográfica del Transcriptoma a Escala Nanoscale. Diseñaron jaulas moleculares basadas en ADN que se unen fácilmente a todas las moléculas de ARN en las células. Estas jaulas moleculares pueden abrirse al ser expuestas a la luz, lo que permite un etiquetado químico adicional.
Una vez que las células absorbieron estas jaulas bajo un microscopio, el equipo iluminó estructuras específicas con un haz láser extremadamente estrecho, de solo 200 a 300 nanómetros de ancho. Esta luz activó las jaulas moleculares para abrirse, permitiendo que solo los ARN ubicados en la región iluminada fueran etiquetados de forma específica. Posteriormente, los investigadores recolectaron las moléculas de ARN etiquetadas y las secuenciaron para determinar sus identidades y funciones.
Como prueba de concepto, el equipo utilizó PHOTON para examinar los ARN presentes en el nucleolo y las mitocondrias, mostrando que los ARN identificados a través de PHOTON coincidían estrechamente con aquellos de bases de datos publicadas obtenidas mediante el aislamiento de estos orgánulos. Además, aplicaron PHOTON a los gránulos de estrés, estructuras transitorias y sin membrana que las células forman bajo estrés. Aunque la mayoría de los ARN de los gránulos de estrés identificados coincidieron con los de bases de datos previas, encontraron discrepancias que sugieren una posible contaminación en investigaciones anteriores.
El equipo también utilizó PHOTON para abordar una pregunta biológica de larga data: si una modificación química encontrada en algunas moléculas de ARN, llamada m6A, podría ayudar a atraer estos ARN hacia los gránulos de estrés. Al analizar los ARN identificados a través de PHOTON, encontraron que aquellos en los gránulos de estrés llevaban significativamente más m6A que los que se encontraban fuera de ellos, lo que sugiere que esta modificación desempeña un papel en la movilización de ARN específicos hacia los gránulos de estrés, impidiendo su traducción en proteínas.
El Dr. Chen y su equipo en el Laboratorio Chen planean seguir utilizando PHOTON para estudiar la distribución del ARN en diversas condiciones, en particular en enfermedades neurodegenerativas y en el envejecimiento. Al comparar estas distribuciones con las de células sanas, los investigadores podrían identificar nuevos objetivos para terapias dirigidas a tratar estas condiciones.
