Ayuda para las células estresadas en una crisis
Los biólogos descubren una nueva función de las mitocondrias como "patronas" del plegado de proteínas
Según un equipo de investigadores de la Universidad de Münster, las mitocondrias prestan una ayuda inesperada a las células en crisis, ya que respiran para eliminar las sustancias nocivas. Un estudio actual elaborado por el Instituto de Biología y Biotecnología de las Plantas (IBBP) demuestra tres cosas: que este mecanismo puede desencadenarse por el estrés reductor, que protege el plegado de ciertas proteínas destinadas a la exportación y que, por consiguiente, la "central eléctrica" de la célula actúa de forma aún más flexible de lo que se conocía hasta ahora.
La figura muestra dos puntas de raíz de berro, Arabidopsis thaliana, que se utilizó como planta modelo en el estudio. Las células contienen un biosensor (roGFP2iL) en el retículo endoplásmico (RE) que lee el estado redox ambiental e indica el estrés reductivo en la raíz de la derecha.
Markus Schwarzländer, Philippe Fuchs
"La principal función de las mitocondrias", explica el profesor Markus Schwarzländer, del IBBP, "es actuar como centros del metabolismo. Lo sorprendente ahora es que, evidentemente, también son capaces de hacerse cargo de un exceso de compuestos específicos, los llamados tioles, que de otro modo podrían provocar daños en otros lugares de la célula." Para ello se activa un programa especial de crisis, la "vía de señalización ANAC017". "La proteína 'oxidasa alternativa' se encarga entonces de que haya una mayor capacidad respiratoria en las mitocondrias de las plantas", dice Schwarzländer. Este proceso fue descubierto conjuntamente hace unos años por dos equipos de investigadores de Australia y Bélgica. Lo nuevo ahora es el descubrimiento de que puede desencadenarse a través del estrés reductor y puede servir para proteger el plegamiento de las proteínas en el retículo endoplásmico (RE), es decir, el sistema de exportación de las proteínas en la célula. Algo que también es nuevo -e inesperado- es que las mitocondrias consiguen respirar los tioles a un ritmo elevado. "Esto contradice el pensamiento actual", reconoce Schwarzländer, "por lo que utilizamos varios métodos diferentes para poder validar nuestras observaciones de forma independiente y descartar posibles errores". Para ello, el equipo desarrolló un nuevo método para investigar dinámicamente la energización de las mitocondrias.
"Que la respiración celular en las mitocondrias pueda oxidar sustancias -y, vinculado a la conversión de energía, lo haga constantemente- es uno de los descubrimientos más destacados en las biociencias del último siglo", subraya Schwarzländer. El hecho de que las mitocondrias de las plantas sean especialmente flexibles y dispongan de mecanismos especiales para apoyar los procesos de otros orgánulos celulares, es algo que se conoce desde hace muchos años, afirma. "Pero este último estudio amplía decisivamente nuestra comprensión de esta flexibilidad". Añade que la idea de una colaboración entre el RE y las mitocondrias durante el estrés reductivo salió a la luz hace poco gracias a los trabajos realizados en levaduras y células animales. "Lo que fue particularmente sorprendente fue la observación de que los tioles pueden ser respirados a un ritmo elevado por las mitocondrias en las plantas, ya sea directamente o a través de una especie de 'bypass metabólico' que ahora debe ser examinado". Como resultado, las mitocondrias de la célula adquieren una nueva e inesperada función como "patronas" del plegado de proteínas en el RE. Según los investigadores, la célula la regula en función de sus necesidades.
Antecedentes
Toda la vida está formada por células. Todas las células necesitan proteínas, que deben plegarse con gran precisión para poder cumplir su función. Las proteínas que secretan los animales, los hongos y las plantas -o que contribuyen a la interacción con el medio ambiente en su superficie- tienen que estabilizarse mediante los llamados puentes disulfuro. Un ejemplo de ello en el ser humano es la insulina. Pero, en general, un sinfín de proteínas receptoras y de señalización vitales sólo funcionan con los enlaces correctos mediante puentes disulfuro. Estos se establecen en un lugar muy preciso de la célula, el llamado retículo endoplásmico (RE). Para ello, los átomos de azufre de cada uno de los dos grupos tiol del aminoácido cisteína en el interior del RE se oxidan y se unen covalentemente.
Sin embargo, si de repente se necesitan más puentes disulfuro, o si se rompen por un factor de estrés o por determinadas sustancias químicas, esto es problemático para la célula. Las proteínas mal plegadas pueden causar grandes daños, incluso la muerte. Por ello, la célula reacciona con programas especiales de crisis. Estos programas, bien estudiados, apoyan el plegado de proteínas en el interior del RE, por ejemplo, proporcionando capacidad adicional en la maquinaria de oxidación. El hallazgo novedoso de este estudio es el descubrimiento de que, cuando surge una crisis, el RE recibe apoyo de otra zona de la célula.
Metodología
Partes decisivas del presente estudio se basan en la "tecnología de biosensores in vivo". El uso innovador de la tecnología de biosensores optogenéticos es una de las principales competencias del equipo del IBBP Münster, con proteínas sintéticas que sirven de sensores de medición. Están codificadas genéticamente, de modo que son las propias plantas las que producen los sensores. En una célula vegetal viva, éstos proporcionan información "en vivo" sobre el estado metabólico. Estos sensores pueden introducirse en partes individuales de la célula con fines de medición, lo que significa que se conserva la organización dentro de la célula. Como esto requiere una microscopía cuantitativa en el organismo vivo, el Instituto presentó con éxito una solicitud de equipo a gran escala en 2019 - específicamente, para un microscopio confocal de alta resolución. Este equipo funciona como parte de la "Red de imágenes" de la Universidad de Münster.
Todo el trabajo se llevó a cabo en las universidades de Münster y Bonn. El proyecto comenzó en un grupo de formación de investigación en Bonn, financiado por la Asociación Alemana de Investigación, y continuó en Bonn y Münster después de que el grupo de investigación se trasladara en 2017. En la actualidad, algunos de los coautores trabajan en otros institutos como el Instituto Max Planck de Colonia, la Universidad Técnica de Kaiserslautern y la Universidad de Milán. El autor principal, Philippe Fuchs, trabaja hoy en el campo de la protección de cultivos sostenibles en una empresa de Suiza, pero desempeñó un papel decisivo en el trabajo desde su inicio hasta su publicación.
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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