Veneno de tarántula para iluminar la actividad eléctrica en células vivas

Veneno de tarántula para iluminar la actividad eléctrica en células vivas

Investigadores de la Universidad de California, Davis, el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley y el Laboratorio de Biología Marina en Woods Hole, Massachusetts, han creado una sonda celular que combina una toxina de tarántula con un compuesto fluorescente para ayudar a los científicos a observar la actividad eléctrica en las neuronas y otras células. La sonda se une a un canal iónico de potasio activados por voltaje subtipo, iluminando cuando el canal se apaga y atenuando cuando se activa.

Esta es la primera vez que investigadores han podido observar visualmente estas proteínas de señalización eléctricas que se encienden sin modificación genética. Estas herramientas de visualización son prototipos de sondas que podrían ayudar a entender mejor las disfunciones de los canales iónicos que llevan a la epilepsia, arritmias cardíacas y otras condiciones. El estudio aparece publicado en lasProceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) del 20 de Octubre de 2014.

"Los canales iónicos han sido llamados transistores de la vida, ya que actúan como interruptores, generando retroalimentación eléctrica”, dijo el autor principal, Jon Saco, profesor asistente de fisiología y biología de membranas en la UC Davis. ”Para comprender cómo trabajan los sistemas del corazón neural, necesitamos saber cómo los interruptores se activan. Estas sondas nos dicen cuando ciertos conmutadores se activan”.

Los canales de voltaje son proteínas que permiten a los iones específicos, como el potasio o calcio, fluir dentro y fuera de las células. Llevan a cabo una función crítica, generando una corriente eléctrica en las neuronas, los músculos y otras células. Hay muchos tipos diferentes, incluyendo más de 40 canales de potasio. Aunque otros métodos pueden medir de manera muy precisa la actividad eléctrica en una célula, ha sido difícil diferenciar los canales específicos. 

"Hay alrededor de 40 genes de los canales de potasio dependientes de voltaje que están básicamente haciendo lo mismo, y ha sido increíblemente difícil de averiguar cuáles están haciendo algo que es fisiológicamente relevante", dijo Sack.

La toxina de la tarántula, guangxitoxin-1E, es una opción ideal, ya que se une naturalmente a los canales KV2. Estos canales se expresan en la mayoría, si no todas, las neuronas, sin embargo, su regulación y actividad son complejos y son debatidos activamente. 

Para estudiar los canales, el equipo diseñó variantes de toxina de tarántula que podían ser marcados con fluorescencia. Estas sondas fueron diseñadas para unirse a los canales de potasio cuando estaban en reposo y dejar ir cuando se convirtieron en activas. Luego, los investigadores las probaron en células vivas. Para su sorpresa, las sondas trabajaron de inmediato. 

El video muestra las capacidades de imagen de la fluorescencia 
de la sonda en base a toxina de tarántula para observar los iones de potasio Kv2 en células nerviosas vivas. La celda de la izquierda se mantuvo a una tensión de reposo constante, mientras que la célula de la derecha fue estimulada eléctricamente a tensiones específicas. 

Aunque esto es sólo un primer paso hacia la formación de imágenes de la actividad de potasio y posiblemente otros canales iónicos, este enfoque tiene un gran potencial para ayudar a los científicos a comprender los mecanismos subyacentes de las arritmias cardíacas, defectos musculares y otras canalopatías.

Además, la capacidad de observar mejor la señalización eléctrica podría ayudar a los investigadores a crear un mapa del cerebro en sus niveles más básicos.

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Referencia: Chemoselective tarantula toxins report voltage activation of wild-type ion channels in live cells. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2014; DOI: 10.1073/pnas.1406876111