Impulsar la potencia de la célula

Los científicos describen por primera vez la estructura de un complejo proteico esencial para el buen funcionamiento de nuestras células

08.10.2021 - Austria

Fatiga intensa, debilidad muscular, incluso ceguera: las enfermedades mitocondriales presentan diversos síntomas. De hecho, la mayoría de las enfermedades genéticas están causadas por defectos de las mitocondrias. De ahí que entender estas "casas de energía" de nuestras células sea crucial para el desarrollo de nuevos tratamientos. En un estudio publicado en la revista Nature, investigadores del Instituto de Ciencia y Tecnología (IST) de Austria muestran ahora por primera vez la estructura de un complejo proteico esencial para su trabajo.

Para cumplir sus múltiples tareas, las células necesitan energía. En las centrales eléctricas de la célula, conocidas como mitocondrias, la energía contenida en nuestros alimentos se convierte en la molécula ATP. Ésta sirve como una especie de combustible que impulsa la mayoría de los procesos celulares, desde la contracción muscular hasta el ensamblaje de nuestro ADN. El profesor Leonid Sazanov e Irene Vercellino son ahora los primeros científicos en mostrar con precisión cómo es el ensamblaje de una proteína esencial para este proceso en las células de los mamíferos.

Como un anzuelo

Utilizando la criomicroscopía electrónica, una técnica que permite a los investigadores observar muestras extremadamente pequeñas en su estado natural, la primera autora, Irene Vercellino, y el profesor Sazanov muestran la estructura exacta del llamado supercomplejo CIII2CIV. Este conjunto de bloques de proteínas bombea partículas cargadas, protones, a través de la membrana mitocondrial, lo que es necesario para iniciar el proceso de conversión de energía en las células. Por tanto, cumple una tarea similar a la de la batería de arranque de los coches. Hasta ahora, este supercomplejo sólo se había descrito en células vegetales y de levadura, donde adopta una forma muy diferente, como han descubierto ahora los investigadores. Para entender cómo funciona exactamente la producción de energía en células animales como las nuestras, los científicos se fijaron ahora en las células de ratones y ovejas y se sorprendieron.

"Nadie podría haber predicho la forma en que actúa SCAF1", dice Sazanov. Estudios anteriores ya demostraron que la molécula SCAF1 desempeña un papel en el ensamblaje de los dos complejos proteicos que forman el supercomplejo CIII2CIV. En lugar de interactuar con los dos complejos proteicos sólo en la superficie, la molécula se adentra en el complejo III mientras se une al complejo IV. "Es como un anzuelo que se traga un pez. Una vez que se lo ha tragado, no puede salir", explica el biólogo estructural.

Cerca, pero no demasiado cerca

Además, los científicos demuestran que el supercomplejo CIII2CIV adopta dos formas diferentes: una bloqueada y otra desbloqueada o madura. "En su estado bloqueado aún faltan algunas partes del complejo III y la interacción entre los dos complejos es muy íntima", describe Sazanov. Sin embargo, una vez que está completamente ensamblado, los dos complejos se conectan por medio de SCAF1 sin interponerse el uno en el otro. "Para cumplir sus tareas, el complejo III probablemente prefiere estar libre de interferencias en sus movimientos", supone el científico bielorruso-británico.

Por otra parte, el hecho de estar ensamblados en un supercomplejo acelera sus reacciones químicas, lo que tiene grandes ventajas para el animal. Se ha demostrado que los ratones y peces cebra que carecen de la molécula SCAF1 son significativamente más pequeños, menos aptos y menos fértiles. En su reciente estudio, Vercellino y Sazanov describen el papel de la molécula en la formación del supercomplejo CIII2CIV, que optimiza el metabolismo celular. Ha sido la última pieza del rompecabezas: junto con sus estudios anteriores, Sazanov y su equipo han determinado ahora las estructuras de todos los supercomplejos de las mitocondrias de los mamíferos. El equipo está sentando así las bases de nuevos tratamientos para las enfermedades mitocondriales.

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