¿Cómo responden nuestras células al estrés?
Los biólogos moleculares hacen ingeniería inversa de una estructura celular compleja que se asocia con enfermedades neurodegenerativas como la ELA.
Las células suelen estar expuestas a condiciones de estrés que pueden poner en peligro la vida, como las altas temperaturas o las toxinas. Afortunadamente, nuestras células son maestras en el manejo del estrés con un poderoso programa de respuesta: dejan de crecer, producen factores protectores del estrés y forman grandes estructuras, que se llaman gránulos de estrés. Los científicos del Centro de Biotecnología (BIOTEC) de la Universidad Técnica de Dresde y del Instituto Max Planck de Biología Celular y Genética Molecular (MPI-CBG), junto con sus socios en Heidelberg y St. Louis (EE.UU.) han investigado cómo estas misteriosas estructuras se ensamblan y disuelven, y qué puede causar su transición a un estado patológico como el observado en enfermedades neurodegenerativas como la ELA (esclerosis lateral amiotrófica).
Modelo que representa el comportamiento de la proteína G3BP bajo estrés: Las moléculas de ARN se unen a G3BP, permitiendo múltiples interacciones que promueven la agrupación de G3BP y el ensamblaje de los gránulos dinámicos de estrés (SG). La imagen de la izquierda muestra una célula en la que los gránulos de estrés fueron marcados con un tinte fluorescente. El esquema de la derecha da una idea de la estructura molecular y la organización de los gránulos de tensión.
© Biotec
La ELA es una enfermedad hasta ahora incurable del sistema nervioso central en la que las neuronas motoras - células nerviosas responsables del movimiento de los músculos - mueren gradualmente. ¿Juegan los gránulos de estrés un papel en este proceso?
Los gránulos de estrés se forman en el citoplasma de la célula y se ensamblan a partir de un gran número de componentes macromoleculares como los ARN mensajeros y las proteínas de unión al ARN. Los gránulos de estrés suelen desmontarse cuando el estrés disminuye, un proceso que es promovido por la naturaleza dinámica de los gránulos de estrés. Sin embargo, una característica distintiva de la ELA es la presencia de formas no dinámicas y persistentes de gránulos de estrés.
"En la ELA, los pacientes sufren de debilidad muscular y parálisis. Las motoneuronas que contienen gránulos de estrés se degeneran lentamente, causando una pérdida progresiva de las funciones motoras. Necesitamos entender mejor la compleja biología de los gránulos de estrés para diseñar y desarrollar futuras estrategias terapéuticas que contrarresten el curso de la enfermedad. Pero el complejo entorno de las células dentro de un organismo lo hace difícil", explica el Dr. Titus Franzmann, uno de los autores principales de la publicación.
Con el fin de probar sistemáticamente sus hipótesis sobre el ensamblaje de los gránulos de tensión y la patología causante de los cambios moleculares, los científicos desarrollaron un entorno controlado utilizando un sistema in vitro con componentes purificados que permitió la recreación de los gránulos de tensión en un tubo de ensayo. Observaron el ensamblaje de los gránulos de tensión paso a paso y caracterizaron los factores críticos subyacentes a su dinámica.
"Los gránulos de estrés tienen una estructura muy compleja. Sin embargo, su formación depende principalmente del comportamiento de una sola proteína - la proteína de unión al ARN G3BP", dice la Dra. Jordina Guillén-Boixet, una de las primeras autoras del estudio. "Esta proteína sufre un cambio estructural crítico: Bajo condiciones no estresantes, el G3BP adopta un estado compacto que no permite que los gránulos de estrés se ensamblen. Pero bajo estrés, las moléculas de ARN se unen a G3BP permitiendo múltiples interacciones que promueven el ensamblaje de los gránulos de estrés dinámico. La posterior transición de un estado dinámico a uno no dinámico, que puede ser causado, por ejemplo, por un estrés prolongado, puede desencadenar la muerte de las neuronas motoras, como podemos observar en la enfermedad ELA".
El proyecto de investigación se inició en 2015 y fue dirigido por el grupo de investigación Alberti de la BIOTEC de la Universidad de Dresde. La estrecha cooperación de 23 científicos de la Universidad Técnica de Dresde, el Instituto Max Planck de Biología Celular y Genética Molecular de Dresde, el Laboratorio Europeo de Biología Molecular de Heidelberg y la Universidad de Washington en St. Prof. Simon Alberti: "Quedan varias cuestiones pendientes. Nuestro sistema experimental en BIOTEC está ahora disponible para más pruebas y será fundamental para el desarrollo de nuevos diagnósticos y terapias para combatir las enfermedades neurodegenerativas como la esclerosis lateral amiotrófica".
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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