El complejo funcionamiento interno de las células, desde su arquitectura hasta su señalización, subyacen en gran parte de la vida orgánica multicelular. ¿Cómo se construyen? ¿Cómo interactúan sus proteínas? Y lo más importante, ¿Cómo puede la comprensión de estas funciones mejorar nuestro conocimiento de resultados biológicos como las enfermedades?

Las distinguidas profesoras de la Universidad de Colorado en Boulder, Karolin Luger y Natalie Ahn, han estudiado cuestiones como estas durante décadas. El año pasado, ambos fueron elegidos para la Academia Nacional de Ciencias, uno de los honores más prestigiosos que puede recibir un científico. El dúo será instalado formalmente el sábado, 27 de abril en la reunión anual de la organización.

"Es un gran honor porque proviene de compañeros, "dijo Luger, el presidente del Departamento de Bioquímica de CU Boulder y un investigador del Instituto Médico Howard Hughes. "Es principalmente un reconocimiento maravilloso del trabajo colectivo de todos los alumnos anteriores y actuales, postdoctorados y técnicos que han contribuido a esta investigación ".

Como un arqueólogo que reconstruye los orígenes de estructuras antiguas, Luger y sus estudiantes examinan los bloques de construcción fundamentales de los procesos genómicos y desenredan su maquinaria celular.

Luger comenzó su carrera con un interés en la cristalografía de rayos X, una técnica utilizada para discernir estructuras moleculares 3-D. Finalmente, su enfoque cambió a la cromatina, el material que contiene el ADN, ARN y proteínas juntos en un paquete compacto dentro de células eucariotas. Tan recientemente como a fines de la década de 1980, antes de la llegada del Proyecto Genoma Humano, se pensaba que la cromatina no era importante, similar al material de empaque que solo sirve para contener artículos más valiosos en su interior.

"Era una mentalidad binaria en ese entonces, pero resultó ser mucho más desordenado, con mucha variación entre celdas individuales, "Luger dijo." El embalaje, por así decirlo, tiene implicaciones muy importantes sobre cómo se diferencian los tipos de células ".

Imagina un espacio lleno de cajas de cartón etiquetadas llenas de libros, ella dice. Al leer las etiquetas de las cajas, los humanos pueden discernir qué cajas necesitarán pronto y cuáles pueden guardar de forma segura. La cromatina funciona de manera similar:un óvulo fertilizado necesita todo, toda la información genómica que puede obtener, mientras que una célula más madura, como una célula del hígado, puede leer el empaque y saber lo que puede ignorar con seguridad.

Los primeros avances en microscopía electrónica revelaron la elegante estructura de la cromatina, que aparece como "cuentas en una cuerda, "salpicado de nucleosomas. Luger pasó a determinar la estructura de los nucleosomas a una resolución casi atómica, revelando la estructura del ADN en todos los organismos multicelulares

Más recientemente, Luger ha estado examinando cómo y por qué muchos organismos multicelulares:humanos, levadura, árboles:todos pliegan su ADN utilizando los mismos mecanismos moleculares. En 2017, su laboratorio y colaboradores identificaron a los microbios Archaea (que son anteriores a los organismos multicelulares en 3 mil millones de años) como los probables 'inventores' del plegamiento del genoma y la estructura de nucleosomas que todavía observamos hoy.

"Siempre me interesa cómo surgieron estas estructuras, ", dijo sobre el descubrimiento evolutivo." Es mucho trabajo doblar el ADN, y Archaea había desarrollado un ingenioso sistema para hacer esto, que luego fue apropiado y perfeccionado por los primeros organismos eucariotas ".

Luger da crédito a sus estudiantes e investigadores postdoctorales por su minucioso trabajo en estos temas de investigación, agregando que ella recluta deliberadamente de diferentes orígenes, como la física, biología y química celular para cultivar la resolución interdisciplinaria de problemas.

"Los estudiantes vienen con nuevas ideas para todo y me ayudan a ver un problema científico desde todos los ángulos, ", dijo." Tienes que dejarte desafiar ".

Ahn llegó a CU Boulder hace más de 25 años, aportando experiencia en el campo conocido como transducción de señales, que involucra procesos enzimáticos que permiten que las células respondan a señales externas. Ahn fue el primero en describir la enzima conocida como proteína quinasa quinasa activada por mitógenos (MAP2K), ahora se sabe que es un punto de activación crucial en algunos tipos de cáncer, particularmente melanoma. Al llegar a CU Boulder, ella y su nuevo laboratorio demostraron que la activación aberrante de MAP2K causa cáncer, haciendo de esta enzima un objetivo viable para la intervención terapéutica.

La ubicuidad de MAP2K en todas las células, tanto sanas como enfermas, llevó al escepticismo inicial de que podría ser un objetivo farmacológico útil. Ahn dijo, pero la FDA aprobó posteriormente para uso clínico varios tratamientos inhibidores del cáncer que se centran en MAP2K.

"Muchos pensaron que estos nunca se convertirían en objetivos farmacológicos porque podría haber demasiados efectos secundarios, "Ahn dijo." Pero resultó que, notablemente, las drogas son realmente muy bien toleradas, incluso más que la quimioterapia ".

Ahn también fue pionero en el campo de la proteómica, que determina la química de las proteínas "pesando" moléculas utilizando una tecnología llamada espectrometría de masas. Ella fue una de las primeras investigadoras en adoptar tecnologías proteómicas, y utilícelos para estudiar la transducción de señales. La proteómica se aplica ahora ampliamente en todos los aspectos de las biociencias.

Para Ahn, su elección a la NAS fue una agradable sorpresa, la culminación de una larga carrera en la investigación básica que ha proporcionado caminos prometedores para los descubrimientos clínicos.

"No puedo creerlo del todo, pero estoy agradecido y lo suficientemente afortunado de tener científicos realmente excelentes como colegas, ", Dijo Ahn." La universidad me dio el espacio para ser creativo en mi investigación ".

El reconocimiento NAS dual también habla de la fuerza acumulativa de la disciplina bioquímica de CU Boulder, que recientemente se convirtió en un departamento académico independiente en la Facultad de Artes y Ciencias.

"Abraham Lincoln founded the National Academy of Sciences to give trustworthy scientific advice to the President, " said Distinguished Professor Thomas Cech, CU Boulder's first Nobel laureate and the director of the BioFrontiers Institute. "Being elected to the NAS is a rare honor, and in a typical year zero or one scientist might be elected from the entire state of Colorado. So for a single department to have two of its faculty elected in the same year is therefore rare and it's worthy of celebration!"

"This is an amazing department with a strong teaching mission, " Luger said. "We always have undergraduates participating in the labs who bring a lot of excitement and energy. There is tremendous opportunity here."