Noua tehnologie de biosenzori mapază misterul enzimelor din interiorul celulelor
O echipă de cercetători de la Universitatea Cornell a dezvoltat o tehnologie inovatoare de biosenzori denumită ProKAS (Proteomic Kinase Activity Sensors), care permite o cartografiere de înaltă rezoluție a activității enzimelor kinază în interiorul celulelor vii. Această abordare revoluționară utilizează peptide cu coduri de bare pentru a monitoriza simultan mai multe kinaze din diverse regiuni celulare, astfel dezvăluind modele spatiale și temporale de activare a enzimelor, în special în timpul răspunsului la daunele ADN-ului.
Această inovație oferă o nouă modalitate de a studia comutatoarele moleculare care reglează procesele celulare, inclusiv creșterea celulară și repararea ADN-ului, dar și răspunsurile celulare la medicamentele chimioterapice și la condițiile patologice precum cancerul. Kinazele sunt enzime esențiale care controlează procese variate din metabolismul celular și răspunsurile la stres. Decodificarea modului în care cele peste 500 de kinaze din celulele umane interacționează și funcționează este una dintre marile provocări ale biologiei moderne.
Până la ora actuală, cercetătorii au întâmpinat dificultăți în a obține instrumente de măsurare eficiente care să le permită să observe exact unde și cum acționează aceste enzime în celule. Înțelegerea acestor modele precise de semnalizare este esențială pentru a descifra cum reacționează celulele la diferite medicamente și pentru a concepe terapii mai eficiente.
Aportul tehnologic ProKAS, prezentat într-un studiu publicat în revista Nature Communications, are potențialul de a revoluționa modul în care cercetătorii studiază activitatea kinazelor. „Având în vedere provocările întâmpinate cu tehnologiile actuale, a fost esențial să reimaginăm complet modul în care putem citi activitatea kinazelor și să oferim o rezoluție spațială superioară,” afirmă Marcus Smolka, profesor de biologie moleculară și genetică la Cornell.
Tehnologia funcționează prin utilizarea unor lanțuri de aminoacizi, cunoscute sub denumirea de peptide, care sunt concepute să imite proteinele naturale asupra cărora acționează kinazele. Fiecare peptide are un „cod de bare” unic al aminoacizilor care marchează locul său în celulă. Când o kinază acționează asupra peptidei, spectrometria de masă detectează atât acțiunea, cât și codul său corespunzător, dezvăluind activitatea kinazei, locația și momentul acesteia.
Prin intermediul ProKAS, echipa de cercetare a monitorizat activitatea kinazelor în timpul răspunsului celulelor la o gamă de medicamente antitumorale care induc daune la nivelul ADN-ului. Smolka subliniază importanța inovației: „Unul dintre elementele cheie este utilizarea codurilor de bare, care au fost folosite în genomi pentru a studia ADN-ul, dar acum le aplicăm pentru prima dată la proteine.”
Utilizând această tehnologie, cercetătorii au reușit să urmărească acțiunea kinazelor care reacționează la daunele ADN-ului, observând exact unde și când acestea deveneau active în interiorul celulelor, inclusiv în părți specifice ale nucleului. Aceștia au analizat modul în care kinazele esențiale pentru răspunsul la daunele ADN-ului, precum ATR, ATM și CHK1, au reacționat în timp, descoperind variații de activitate pe care nu le puteau măsura anterior. Sistemul a demonstrat, de asemenea, capacitatea de a gestiona rapid multe probe, sugerând că poate fi extins pentru studii mai ample.
Planurile viitoare ale echipei includ integrarea ProKAS cu unelte de design computațional, biblioteci extinse de peptide și alte abordări pentru aprofundarea înțelegerii modului în care kinazele influențează comportamentul celular. Într-o lume în care descoperirile științifice sunt vitale, ProKAS ar putea reprezenta un salt cuantic în cercetarea biomedicală și dezvoltarea de noi medicamente.
