Los lisosomas demuestran ser artistas del cambio rápido
Hacia sustancias activas contra enfermedades neurodegenerativas o metabólicas
Los lisosomas desempeñan un papel importante en las células y los tejidos, ya que controlan no sólo la degradación de sustancias, sino también la división y el crecimiento celulares. Un equipo dirigido por el Profesor Volker Haucke y el Dr. Michael Ebner en la FMP ha investigado cómo estas dos funciones están relacionadas con la disponibilidad de nutrientes en la célula. Los investigadores pudieron demostrar por primera vez que los lisosomas sufren una transformación masiva. Un lípido de señalización actúa como interruptor entre ambos estados. Los hallazgos podrían servir para desarrollar fármacos que estimulen específicamente a las células de pacientes con enfermedades neurodegenerativas o metabólicas para que descompongan las moléculas proteicas nocivas en el interior de la célula.
Imagen del símbolo
Computer-generated image
La disponibilidad de nutrientes en el organismo cambia constantemente. Por ejemplo, después de una comida completa, las células tienen muchos más nutrientes disponibles que al final de una larga noche sin ingerir alimentos. "Es importante que todas las células y tejidos sean capaces de responder a la ingesta actual de alimentos de tal manera que ciertos componentes básicos estén siempre presentes en el interior de la célula", explicó el Profesor Volker Haucke, Director del Leibniz-Forschungsinstitut für Molekulare Pharmakologie (FMP). Estos componentes básicos se obtienen a través del catabolismo, el proceso por el cual los nutrientes ingeridos se descomponen en pequeños componentes que la célula utiliza para fabricar las moléculas que necesita.
Uno de los componentes responsables de ello es el lisosoma, un saco cerrado por una membrana. Al mismo tiempo, los lisosomas son el punto central de control que determina si el suministro de alimentos en la célula es bueno o malo. Cuando hay un buen suministro de nutrientes, se activa la vía de señalización mTOR en los lisosomas, lo que induce la división y el crecimiento celular. Cuando los nutrientes escasean, el complejo mTOR se desactiva para estimular los programas catabólicos. Como resultado, los lisosomas combinan dos tareas opuestas: degradación y ensamblaje. "Hasta ahora se desconocía si existen distintos tipos de lisosomas en la célula o si cambian. Esta fue la cuestión fundamental que abordamos en nuestro estudio", declaró Michael Ebner, biólogo celular de la FMP y autor principal del estudio.
Utilizando un microscopio óptico, los investigadores analizaron el comportamiento de los lisosomas en células que pasaban del estado de alimentación al de inanición en un plazo de una a dos horas. Esto permitió observar con detalle y en 3D los orgánulos marcados con fluorescencia. El equipo también desarrolló métodos bioquímicos para caracterizar los lisosomas en ambos estados. "Pudimos comprobar que la célula sufre una transformación drástica cuando cambia el suministro de alimento", informó Volker Haucke. En una compleja cascada, este proceso está controlado por moléculas lipídicas de señalización que inducen un estado de inanición o de alimentación. Mediante microscopía óptica y electrónica correlativa, los investigadores observaron que existen dos grupos de lisosomas en la célula: Los pequeños y móviles, situados más en la periferia, actúan como estaciones de vigilancia. Mientras, los lisosomas más grandes y estáticos, situados más cerca del núcleo, se encargan de la degradación. Lo que cambia es la proporción: En un estado bien alimentado, predominan los pequeños lisosomas móviles que transportan el complejo mTOR activo, y hay relativamente pocos lisosomas estáticos. Cuando la célula pasa hambre, los pequeños lisosomas móviles pierden el lípido señalizador de mTOR y adquieren un nuevo lípido señalizador, lo que activa las enzimas digestivas del lisosoma. "Esta respuesta es aguda, lo que significa que las células se transforman inmediatamente, y los cambios iniciales pueden observarse en cuestión de minutos. El proceso de metabolismo destructivo a constructivo se completa en una o dos horas", informó Michael Ebner.
Los lípidos señalizadores actúan como un interruptor que activa o desactiva el complejo mTOR, dependiendo de la disponibilidad de nutrientes. "Las propiedades de los lisosomas cambian completamente en función del lípido de señalización", subrayó Volker Haucke. Esto hace que los nuevos hallazgos sean interesantes para fines terapéuticos. Al fin y al cabo, durante la degradación activa, los lisosomas también eliminan las proteínas dañadas. Y si se puede accionar artificialmente el interruptor de los lípidos señalizadores, también se puede influir en los acontecimientos metabólicos de la célula. Este fenómeno podría aprovecharse para tratar enfermedades como el Alzheimer, una enfermedad neurodegenerativa caracterizada por la acumulación de proteínas defectuosas en la célula. "Al cambiar el interruptor de los lípidos a inanición, se activa exactamente este tipo de degradación en las células sin cambiar nada más. Por lo tanto, podemos intervenir en el metabolismo celular de una forma nueva con un interruptor bastante sencillo", señaló Volker Haucke.
A continuación, los investigadores quieren encontrar compuestos adecuados, es decir, pequeñas moléculas capaces de accionar el interruptor lipídico de señalización correspondiente. Para otro estudio, el FMP se ha asociado con el Instituto Alemán de Nutrición Humana (Dife) y el Instituto Leibniz de Ciencias Analíticas (ISAS). Utilizando nuevos métodos analíticos, datos de pacientes obesos y estudios en modelos animales, los investigadores pretenden identificar dianas terapéuticas adecuadas.
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.
Publicación original
Michael Ebner, Dmytro Puchkov, Orestes Lopez Ortega, Pathma Muthukottiappan, Yanwei Su, Christopher Schmied, Silke Zillmann, Iryna Nikonenko, Jochen Koddebusch, Gillian L. Dornan, Max T. Lucht, Vonda Koka, Wonyul Jang, Philipp Alexander Koch, Alexander Wallroth, Martin Lehmann, Britta Brügger, Mario Pende, Dominic Winter, Volker Haucke (2023); "Nutrient-regulated control of lysosome function by signaling lipid conversion."; Cell online.
Más noticias del departamento ciencias
Reciba la industria de las ciencias biológicas en su bandeja de entrada
No se pierda nada a partir de ahora: Nuestro boletín electrónico de biotecnología, productos farmacéuticos y ciencias de la vida le pone al día todos los martes y jueves. Las últimas noticias del sector, los productos más destacados y las innovaciones, de forma compacta y fácil de entender en su bandeja de entrada. Investigado por nosotros para que usted no tenga que hacerlo.
