Los invitamos a leer el último manuscrito del grupo de investigación Single-molecule biochemistry and mechanobiology a cargo del Dr. Christian Wilson en colaboración con la Dra. Nathalie Casanova de la Universidad Adolfo Ibáñez titulado “Determination of protein–protein interactions at the single-molecule level using optical tweezers”. Este Review publicado en la prestigiosa revista Quarterly Review of Biophysics, de la editorial de la Universidad de Cambridge está enfocado en explicar los experimentos con Optical tweezers (OT), un equipo disponible en el grupo de investigación del Dr. Wilson, que se pueden usar para aplicar y medir fuerzas mecánicas en interacciones entre proteínas. Esta publicación contiene una combinación equilibrada de explicación teórica, experimental y análisis biofísico de datos sobre interacciones entre proteínas al nivel de molécula única usando OT.
A un nivel fundamental la vida se basa en interacciones entre moléculas, donde la unión entre proteínas específicas es crítica para el funcionamiento de los sistemas biológicos. Gran variedad de métodos para estudiar interacciones proteína-proteína han sido desarrollados donde los experimentos de molécula única han ganado relevancia en recientes años porque permiten seguir el comportamiento de moléculas individuales a través del tiempo. Los estudios de molécula única contrastan con los experimentos con múltiples moléculas, donde los comportamientos individuales no pueden ser detectados y solo características en promedio pueden ser medidas. Con los estudios de molécula única es posible obtener la distribución y comportamientos individuales de una población de moléculas que puede no ser homogénea. En contextos fisiológicos las interacciones proteína-proteína ocurren en condiciones donde la molécula está anclada a superficies, como la membrana celular o la matriz extracelular; donde la interacción puede ser sujeta a estrés mecánico externo o interno (ej. Contracción del citoesqueleto de actina). Las fuerzas mecánicas controlan estas interacciones regulando la velocidad de disociación.
Experimentalmente, la disociación en dependencia de la fuerza de dos o más proteínas que interactúan se puede lograr mediante el uso de técnicas de espectroscopia de fuerza de molécula única, siendo descritas algunas de ellas en el manuscrito (ej. Biomembrane force probe, Atomic force microscopy, Magnetic tweezers, Acustic force spectroscopy). La revisión se enfoca en la técnica OT la cual está basada en un fenómeno de atrapamiento óptico descubierto en 1970 por Arthur Ashkin por el cual recibió el premio nobel en 2018. El atrapamiento óptico se logra usando un láser para atrapar y ejercer una fuerza sobre una microesfera dieléctrica a la que está funcionalizada la proteína de interés. En el manuscrito se explican los diferentes enfoques experimentales para estudiar las interacciones proteína-proteína usando OT, tales como: (1) Refolding and folding in trans donde una de las proteínas interactuantes está unida entre dos microesferas y la otra proteína está en la solución; (2) Constance force in cis donde cada proteína se une a una microesfera y se aumenta repentinamente la tensión. La interacción puede romperse después de un tiempo, brindando información sobre la vida útil de la unión bajo esa tensión. (3) Force ramp in cis donde cada proteína se une a una microesfera y se aplica una fuerza de rampa hasta que se rompe la interacción. Con estos experimentos se pueden obtener parámetros como constantes cinéticas, valores de afinidad, energía al estado de transición, distancia al estado de transición. Estos parámetros caracterizan el panorama energético de la interacción. Algunos parámetros, como la distancia al estado de transición, solo se pueden obtener a partir de experimentos de espectroscopia de fuerza como los que se describen aquí.
Escrito por Wendy Sánchez