Llums, Cèl·lules, Acció! L’IBEC desenvolupa petites molècules capaces de controlar l’endocitosi amb llum

El grup de recerca de l’IBEC “Nanoprobes and nanoswitches” crea un sistema basat en la llum per inhibir l’endocitosi i controlar la seva dinàmica espacio-temporal. Les molècules inhibidores d´aquest procés (anomenades dynazos) són sensibles a la llum, solubles en aigua, permeables a les cèl·lules, i permeten la inhibició ràpida de l’endocitosi. Aquesta tecnologia permetrà estudis més precisos i controlats on l’endocitosi és crucial, com en el creixement cel·lular, la diferenciació i la mobilitat.

Read more…

Una manera d’entendre com funciona un procés cel·lular és pertorbant l’activitat d’un component clau del sistema i observant com es veu afectat el procés. La majoria de les eines per aconseguir aquesta “pertorbació” es basen en enfocaments genètics que interfereixen en l’acció d’una proteïna o es basen en l’administració local de compostos. No obstant això, cap d’aquests enfocaments són adequats per investigar esdeveniments transitoris o irreversibles, com en el cas de l’endocitosi, perquè és difícil o impossible controlar la dinàmica de proteïnes, la ubicació espacial i el temps de l’activitat. Aquestes limitacions també poden afectar l’eficàcia i especificitat dels medicaments utilitzats en la farmacoteràpia.

Ara, el grup “Nanoprobes and nanoswitches” de l’IBEC liderat pel Professor de Recerca ICREA Pau Gorostiza en col·laboració amb l’IQAC-CSIC, IPMC, IRB, IDIBELL, UB i UAB, publiquen a la revista Chemical Science un estudi on desenvolupen les primeres petites molècules inhibidores de l’endocitosi controlades per llum: els dynazos. Aquestes molècules, anomenades dynazos, són capaces d’inhibir la dinamina, una proteïna clau en endocitosi, en condicions de “no llum”. Al contrari, aplicant la llum visible, els dynazos són inactivats com a inhibidors de la dinamina i l’endocitosi pot tenir lloc. L’endocitosi és un mecanisme utilitzat per totes les cèl·lules eucariotes per internalitzar material extracel·lular, i regula processos fisiològics clau com la captació de nutrients i de factors de creixement. A més, també constitueix el camí d’entrada d’una varietat de patògens. L’ús de dynazos permetrà controlar amb precisió la ubicació espacial i la dinàmica d’aquest procés cel·lular estratègic.

Dynazos: els primers inhibidors de l’endocitosi controlats per la llum

Els investigadors han utilitzat un disseny racional i escalonat per obtenir la primera petita molècula regulada per la llum capaç d’inhibir l’endocitosi mitjançant el control de la dinamina.

Hem combinat les propietats farmacològiques del dynasore, un inhibidor de la dinamina, amb les propietats fotocròmiques d’un grup azobenzè, una de les molècules sensibles a la llum (fotoswitcherable) més estudiades.

 

Núria Camarero, primera coautora de l’estudi.

Els investigadors van caracteritzar en detall les propietats fotocromàtiques dels dynazos sota diferents espectres de llum i espectroscòpia d’absorció transitòria, i han obtingut molècules que responen a la llum visible violeta, el que minimitza els efectes negatius potencials de l’ús de la llum UV en sistemes vius. A més, l’activitat biològica dels dynazos, a concentracions micromolars, va ser confirmada per microscòpia de fluorescència confocal, citometria de flux i microscòpia de reflexió interna total (TIRFM) utilitzant diferents línies cel·lulars.

L’eina recentment desenvolupada, que permet activar i desactivar de forma remota i reversible l’activitat biològica de la dinamina, serà sens dubte molt rellevant per desxifrar el paper de l’endocitosi en processos cel·lulars com el creixement cel·lular, la diferenciació, la motilitat i la modulació de la senyalització dels receptors transmembrana i la transmissió sinàptica, entre d’altres. Els processos endocítics també poden ser dianes per a evitar l’entrada de patògens i prevenir infeccions, o matar intencionadament cèl·lules per la captació de compostos tòxics.

 

La tecnologia de dynazos obre les portes cap a utilitzar la llum com activador extern per controlar l’activitat farmacològica de compostos que afectin l’endocitosi amb una resolució espaciotemporal.

 

Professor Pau Gorostiza, cap del grup “Nanoprobes and nanoswitches”.

 

Article de referència: Núria Camarero, Ana Trapero, Ariadna Pérez-Jiménez, Eric Macia, Alexandre Gomila-Juaneda, Andrés Martín-Quirós, Laura Nevola, Artur Llobet, Amadeu Llebaria, Jordi Hernando, Ernest Giralt, and Pau Gorostiza. Photoswitchable dynasore analogs to control endocytosis with light.  Chem. Sci., 2020.

Aquest estudi es va realitzar en col·laboració amb: Institute for Advanced Chemistry of Catalonia (IQAC-CSIC), Institut de Pharmacologie Moléculaire et Cellulaire (IPMC), Institute for Research in Biomedicine (IRB Barcelona),  Bellvitge Biomedical Research Institute (IDIBELL), Departament de Química, Universitat Autònoma de Barcelona (UAB), Universitat de Barcelona (UB). El grup “Nanoprobes and nanoswitches” forma part de la xarxa CIBER-BBN.