Los investigadores de ETH han descubierto que la formación de agregados de proteínas en las células de levadura es reversible. Esto arroja nueva luz sobre las enfermedades humanas que se pueden atribuir a ciertos agregados de proteínas.

Los agregados de proteínas tienen mala reputación. Varias enfermedades humanas, especialmente los del sistema nervioso, como el Alzheimer, Parkinson o esclerosis lateral amiotrófica (ELA), se deben a la acumulación de proteínas degeneradas en las células nerviosas, creando agregados que las células no pueden disolver. Esto hace que las células mueran.

Ahora, Los investigadores dirigidos por el profesor de ETH Matthias Peter y Reinhard Dechant han arrojado nueva luz sobre los agregados de proteínas en un estudio con células de levadura. El artículo correspondiente acaba de ser publicado en la revista. Biología celular de la naturaleza . En eso, Los científicos de ETH muestran que se forman grupos de proteínas en las células de levadura en respuesta a factores de estrés como la falta de nutrientes o el calor. Si las células sobreviven al estrés, pueden disolver los agregados nuevamente, reciclar rápidamente los componentes individuales, y utilícelos para el metabolismo celular.

Los grumos se forman en respuesta al estrés.

El descubrimiento de los investigadores de la enzima Cdc19 es un ejemplo de una proteína que se aglutina bajo estrés. La enzima suministra energía a las células. Los investigadores descubrieron que Cdc19 se descompone en cuatro subunidades idénticas tras la inanición de glucosa. Estas subunidades luego cambian su forma original y se agrupan con otras moléculas, como los ácidos ribonucleicos u otras enzimas, para formar agregados. Los investigadores se refieren a estos grupos como gránulos de estrés. Una vez incorporado a un agregado de este tipo, Cdc19 se vuelve inactivo y ya no puede producir combustible para la celda. Durante este tiempo, la célula no puede crecer ni multiplicarse.

Sin embargo, el proceso es reversible. Tan pronto como haya pasado el estrés, los gránulos de estrés se disuelven, y las cuatro subunidades de Cdc19 se ensamblan para que la enzima pueda reanudar su papel en el metabolismo de la glucosa.

Los grumos tienen un propósito claro, dice Matthias Peter:"La célula de levadura utiliza agregados como una especie de almacén de enzimas importantes, de modo que estén protegidos de la degradación en situaciones de estrés y puedan reactivarse inmediatamente después de que la célula sobreviva al estrés ". Los agregados, él dice, proteger estas moléculas de ser degradadas por los propios mecanismos de eliminación de la célula. Si la célula tuviera que volver a sintetizar estos compuestos después de cada situación de estrés, le costaría mucho tiempo y energía a la célula.

Una secuencia simple es suficiente para agrupar

Los investigadores también aclararon cómo y por qué Cdc19 puede formar grumos. En la estructura de una subunidad Cdc19, identificaron un corto, subsección desplegada con una composición simple. En términos técnicos, estas secciones se conocen como "regiones de baja complejidad" (LCR), y los investigadores dicen que también ocurren en otras proteínas formadoras de agregados en otros organismos, incluidos los humanos.

"Los LCR están expuestos debido a la descomposición del complejo enzimático y desencadenan el proceso de agregación, "dice Peter." Por lo tanto, era importante para nosotros encontrar una secuencia de este tipo en Cdc19. Esto confirma que existe un mecanismo general ". En el estado normal de la levadura, el LCR de Cdc19 está oculto, o tiene varios grupos fosfato que el LCR "desactiva". Solo en caso de estrés por nutrientes surge el LCR y los grupos fosfato se eliminan, y solo entonces se pueden formar agregados.

Un hallazgo importante

"Nuestra investigación ha creado una sensación de un nuevo despertar en la comunidad científica, "dice Reinhard Dechant, un líder de grupo en el Instituto de Bioquímica, quien dirigió el estudio junto con Matthias Peter. Hasta ahora, él dice, los agregados se vieron principalmente como partículas patógenas, porque lo único visible en los pacientes es el resultado del proceso, es decir, Placas de proteínas insolubles que provocan una enfermedad. "Nuestro artículo también examina el inicio de la agregación y cómo progresa, "dice Dechant, explicando que los grumos de proteínas no se formarán simplemente debido a una enfermedad, sino más bien porque la célula los necesita para sobrevivir a una situación de estrés. "Por primera vez, pudimos demostrar que tanto la formación como la descomposición de los agregados es un mecanismo importante en las células ".

Otros grupos de investigación de ETH Zurich que examinan agregados en células de levadura han hecho descubrimientos similares en el pasado. Respectivamente, otros científicos de ETH pudieron demostrar que los grupos de proteínas degeneradas funcionan, entre otras cosas, como un recuerdo y ayudar a las células a almacenar experiencias pasadas (negativas) (como se informa en ETH News). Por tanto, parece que la agregación funcional de determinadas proteínas es un mecanismo regulador generalizado.