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Seguimiento de zinc en las células para el diagnóstico de cáncer de próstata
Científicos del Instituto de Tecnología de Massachusetts han desarrollado un nuevo sensor óptico que puede rastrear el zinc en las células del cuerpo, permitiendo a los investigadores aprender más sobre sus funciones.
El zinc es un mineral esencial y se encuentra en todos los tejidos del cuerpo. Si bien la mayoría del zinc está estrechamente ligado a las proteínas, las cantidades pequeñas están limitadas, o "móviles".
Se cree que estos iones de zinc móviles son cruciales para el funcionamiento de los órganos, incluidos el cerebro, el páncreas y la próstata.
Hasta la fecha, los científicos no entienden completamente el papel que desempeña el zinc en los sistemas biológicos, pero los científicos del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) creen que su sensor podría cambiar eso.
En un documento publicado en procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias, describen cómo el sensor emite fluorescencia cuando se une al zinc y puede dirigirse a un orgánulo específico dentro de una célula, lo que les permite establecer dónde se concentra más el zinc.
El sensor se basa en Zinpyr1 (ZP1), una molécula desarrollada originalmente en el mismo laboratorio MIT hace más de 10 años. ZP1 se basa en un tinte llamado fluoresceína, pero en el sensor se modifica para que aparezca fluorescente solo cuando se une con zinc.
Los científicos reconocen que tuvieron dificultades para identificar estructuras específicas dentro de las células, y Robert Radford, un postdoc del MIT y autor del estudio, explica:
"Hemos tenido cierto éxito utilizando proteínas y péptidos para dirigirnos a los sensores de zinc de moléculas pequeñas, pero la mayoría de las veces los sensores son capturados en vesículas ácidas dentro de la célula y se vuelven inactivos".
Los científicos pueden rastrear la ubicación del zinc dentro de las células y están adquiriendo una mejor comprensión del papel que desempeña el mineral en las células cancerosas.
Para superar estos obstáculos, los investigadores hicieron dos cambios en el diseño del sensor. En primer lugar, instalaron un anillo de protección que reacciona con el zinc, que cambió sus propiedades físicas y facilitó la orientación.
También adjuntaron una "etiqueta de dirección" a la ZP1, dirigiéndola a la mitocondria. Esta etiqueta, un derivado de trifenilfosfonio, tiene carga positiva e hidrófoba, y el sensor ingresó con éxito a las células. Esto permitió a los investigadores visualizar reservas de zinc móvil dentro de las mitocondrias.
Christopher Chang, profesor de química y biología molecular y celular en la Universidad de California-Berkeley, que no formó parte del equipo de investigación, dice:
"Este es un concepto nuevo y emocionante para detectar usando una combinación de enfoques basados ??en reacción y reconocimiento, que tiene aplicaciones potenciales para diagnósticos que involucran la mala regulación del zinc".
El papel del zinc en las células de cáncer de próstata
Los científicos ya están usando el sensor para ayudarlos a comprender por qué los niveles de zinc, que normalmente son muy altos en la próstata, disminuyen drásticamente en las células cancerosas de la próstata.
Radford continúa:
"Podemos utilizar estas herramientas para estudiar el tráfico de zinc dentro de las células de la próstata, tanto sanas como enfermas. Al hacerlo estamos tratando de obtener información sobre cómo los niveles de zinc dentro de la célula cambian durante la progresión del cáncer de próstata".
Según los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades (CDC), el cáncer de próstata es el cáncer más común entre los hombres estadounidenses y es una de las principales causas de muerte.
Los científicos del MIT ahora están explorando maneras de usar sensores fluorescentes similares para crear una prueba de diagnóstico, ya que el cáncer de próstata es tratable si se detecta lo suficientemente temprano.
Se sabe que el zinc ayuda a estabilizar la estructura de la proteína y es el catalizador de algunas reacciones celulares. En la próstata, el zinc ayuda a acumular citrato, un componente del semen.
Dentro de las mitocondrias de las células epiteliales de la próstata, se sabe que el zinc inhibe la enzima metabólica, la aconitasa. Los científicos creen que al bloquear la aconitasa, el zinc acorta el ciclo del ácido cítrico, la serie de reacciones necesarias para producir ATP, la moneda energética de la célula.
La mayoría de la producción de ATP ocurre en las mitocondrias, y el equipo del MIT teorizó que cuando las células de la próstata se vuelven cancerosas, desterrarán el zinc de aquí, permitiendo que las células cancerosas produzcan la energía extra que necesitan para crecer y dividirse.
Radford explica:
"Si una célula se está dividiendo incontrolablemente y necesita mucha energía química, definitivamente no quiere que el zinc interfiera con la aconitasa y evite la producción de más ATP".
Los científicos descubrieron que, aunque las células de próstata cancerosas absorbieron el zinc, no se acumuló en la mitocondria, lo que según afirman respalda la teoría.
Nuevos estudios sobre el papel del zinc en el cuerpo
Los hallazgos sugieren que en las células sanas, el zinc puede ser transportado a las mitocondrias por una proteína no identificada. Esto lleva a los investigadores a sugerir que en las células cancerosas, la proteína puede ser inactivada.
Se están planificando futuros estudios que crearán una paleta de sensores, diseñados para apuntar a diferentes orgánulos dentro de la célula.
Los investigadores ahora están concentrando sus esfuerzos en el papel del zinc en el cerebro, donde se cree que funciona como un neurotransmisor. Estudiarán qué papel juega el zinc en la audición, la vista y el olfato.
Stephen Lippard, autor principal y profesor de Química Arthur Amos Noyes en el MIT, concluye:
"La identificación de objetivos intracelulares para el zinc móvil es un paso importante para comprender su verdadera función en la señalización biológica. Los próximos pasos implicarán el descubrimiento de las vías bioquímicas específicas que se ven afectadas por la unión del zinc a los receptores en los orgánulos, como proteínas, y dilucidar los cambios funcionales estructurales y relacionados que ocurren en el proceso ".
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