Sacar la basura celular: los científicos describen el papel que desempeña una enzima en la eliminación de estos residuos
Si los residuos de ADN o ARN permanecen en las células, pueden provocar enfermedades como el Alzheimer y afecciones autoinmunes
Si no sacamos la basura con regularidad, nuestras casas se vuelven desagradables e incluso un peligro para nuestra salud. Lo mismo ocurre con nuestras células: Si no se elimina el exceso de proteínas y hebras de material genético, la célula y, en última instancia, todo el organismo pueden enfermar. Por ejemplo, los científicos sospechan que existe una conexión entre el Alzheimer y las mutaciones que provocan defectos en la eliminación de la basura celular. Es más, las pruebas con ratones han demostrado que suprimir la descomposición del ADN y el ARN puede desencadenar graves enfermedades autoinmunes.
Pero faltan pruebas concretas: "Hay muchas investigaciones que muestran cómo se produce la información genética en forma de ADN y ARN en los seres humanos. Pero se sabe menos sobre cómo se eliminan los residuos de ADN y ARN", explica el profesor Oliver Daumke, jefe de laboratorio del Centro Max Delbrück. Para abordar esta cuestión, se asoció con investigadores de la Universidad de Kiel para examinar con más detalle la eliminación de residuos en las células. Su trabajo se centró en una enzima llamada PLD3, responsable de la eliminación de residuos. Los investigadores empezaron por determinar su estructura mediante un análisis de estructura cristalina. Pudieron identificar segmentos específicos que desempeñan un papel clave en la degradación del ARN y el ADN. "Eso nos permitió comprender mejor cómo se descomponen los residuos y los efectos mórbidos de las mutaciones en la proteína PLD3", afirma Daumke.
Las mutaciones en el gen PLD3 aumentan el riesgo de Alzheimer
La PLD3 pertenece a una familia proteica de enzimas que normalmente descomponen las grasas celulares en unos orgánulos de las células humanas conocidos como lisosomas. En los humanos, la PLD3 es producida por un gen del mismo nombre. "Llevamos ya algún tiempo estudiando el gen PLD3, porque hace unos años quedó claro que las mutaciones en el gen podrían estar implicadas en el desarrollo del Alzheimer", explica el profesor Markus Damme, de la Universidad de Kiel. "Nuestro trabajo, así como el de otros investigadores, demostró que PLD3 en realidad descompone ADN y ARN en lugar de grasas", afirma.
"Pero no estaba claro cómo ocurría", explica Cedric Cappel, investigador del grupo de Damme y coautor del artículo. "Así que decidimos examinar la estructura de la proteína más de cerca, con la esperanza de que pudiéramos aprender algo sobre su relación con el Alzheimer". Cappel fabricó parte de la proteína y se la envió a la Dra. Yvette Roske, bióloga estructural del laboratorio de Daumke y otra de las autoras principales del artículo. Consiguió producir pequeños cristales de PLD3. La exposición de los cristales a los rayos X produce un patrón de difracción que permite reconstruir la estructura de la proteína. Roske pudo entonces representar la estructura cristalina con y sin un ARN unido, y analizarla. "Descubrimos que dos de estas proteínas se combinan para formar algo llamado dímero. No habíamos visto que esto ocurriera con otras enzimas de esta familia", explica Roske. Pero, ¿por qué hacen esto las proteínas? "Podría deberse a que la proteína sólo es estable en pareja", explica Cappel. "Sola, probablemente se descompondría".
Con su trabajo, estos dos grupos de investigación han proporcionado la primera prueba estructural de que el ADN y el ARN son descompuestos por PLD3. "Ahora podemos comprender a grandes rasgos el mecanismo de reacción", afirma Roske. Los investigadores también hallaron dos zonas de la proteína que podrían ser clave para su funcionamiento y que presumiblemente están alteradas en los pacientes de Alzheimer, un primer indicio de un posible mecanismo de la enfermedad.
"Nuestra investigación ha proporcionado un mapa de la proteína", afirma Cappel. Los futuros estudios sobre la PLD3 podrán utilizar este mapa para responder a preguntas como qué áreas son clave para su funcionamiento y qué ocurre cuando se producen cambios en ellas. Los investigadores esperan que esto permita comprender mejor el papel que desempeña la proteína en determinadas enfermedades. Este conocimiento permitiría adoptar medidas correctoras.
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