Sus hallazgos, publicados en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias , sugieren un nuevo mecanismo para este proceso ubicuo y eventualmente podrían conducir a nuevos tratamientos para condiciones en las que se cree que la fusión de membranas falla.

"Los libros de texto de biología dicen que los SNARE juntan membranas para provocar la fusión, y mucha gente estaba contenta con esa explicación. Pero yo no, porque las membranas que entran en contacto normalmente no se fusionan. Nuestra simulación va más allá para mostrar cómo tiene lugar este importante proceso". dijo el líder del estudio José Rizo-Rey ("Josep Rizo"), Ph.D., profesor de Biofísica, Bioquímica y Farmacología en UT Southwestern.

La fusión de membranas es esencial para la vida. Un ejemplo por excelencia ocurre en las neuronas, células que forman la base del sistema nervioso y constituyen la mayor parte del cerebro, la médula espinal y los nervios periféricos. Estas células se comunican entre sí mediante la liberación de sustancias químicas llamadas neurotransmisores de vesículas que deben fusionarse con la membrana celular de la neurona de origen desde el interior para que los neurotransmisores sean liberados y reconocidos por otras neuronas.

Todas las membranas celulares de los eucariotas (organismos cuyas células tienen un núcleo rodeado de membranas) están formadas por una doble capa de fosfolípidos, moléculas que tienen una cabeza que interactúa con el agua y una cola que la repele. Las cabezas de estas moléculas forman los revestimientos interior y exterior de las membranas, y las colas se intercalan en el medio. Las membranas bicapa de fosfolípidos rodean a las células eucariotas, sus núcleos, muchos de sus orgánulos y algunas otras características, como sacos llenos de líquido llamados vesículas que transportan carga dentro y entre las células.

Alrededor de 1990, los investigadores descubrieron que los SNARE (abreviatura de receptores de proteínas de unión al factor sensibles a la N-etilmaleimida soluble) desempeñan un papel clave en la fusión de membranas. La comprensión predominante ha sido que estas proteínas forman un complejo que funciona como una cremallera, poniendo las membranas en estrecho contacto y llevándolas a fusionarse. Sin embargo, explicó el Dr. Rizo-Rey, los estudios realizados a lo largo de los años sugirieron que esta teoría tenía importantes lagunas. Por ejemplo, las SNARE mutadas que todavía pusieron en contacto las membranas no provocaron que se fusionaran.

Para comprender mejor el papel de las SNARE en la fusión de membranas, el Dr. Rizo-Rey y sus colegas probaron un enfoque diferente. Basándose en Frontera, una de las supercomputadoras más rápidas del mundo, ubicada en el Centro de Computación Avanzada de Texas en la Universidad de Texas en Austin, el equipo ejecutó una simulación de dinámica molecular de todos los átomos de una vesícula que se fusiona con una bicapa lipídica que imita las membranas de las células neuronales.

Este tipo de simulación utiliza algoritmos para predecir cómo interactúan todas las moléculas de un sistema específico en función de las propiedades de los átomos involucrados (alrededor de 5,3 millones de átomos en este caso, lo que requiere una enorme potencia informática para realizar un seguimiento).

Esta simulación demostró que, en lugar de simplemente unir membranas biológicas, el complejo SNARE induce a los fosfolípidos de la membrana celular y las vesículas a girar, entremezclando sus colas repelentes de agua. Esta acción hace que las membranas se fusionen y posteriormente formen un poro que expulsa el contenido de la vesícula fuera de la célula.

El Dr. Rizo-Rey advirtió que se necesitan más investigaciones para confirmar que este mecanismo ocurre en las células. Sin embargo, dijo, los hallazgos de la simulación tienen mucho sentido desde un punto de vista fisicoquímico y encajan bien con los de varios otros estudios de fusión celular a lo largo de los años.

Aunque este descubrimiento no tiene implicaciones inmediatas relacionadas con la salud, añadió, los investigadores podrían eventualmente utilizar estos hallazgos para diseñar nuevas terapias para una variedad de enfermedades neurológicas como la enfermedad de Alzheimer, la enfermedad de Parkinson, la esquizofrenia y la epilepsia, afecciones en algunos tratamientos existentes ya se centran en promover o inhibir la liberación de neurotransmisores.

La diabetes, las enfermedades cardíacas, la presión arterial alta, el cáncer y las infecciones virales también dependen en gran medida de la fusión de membranas y eventualmente podrían tratarse interviniendo en este proceso, afirmó el Dr. Rizo-Rey.