Recientemente ha quedado claro cuán importantes son los orgánulos sin membrana para las células. Ahora, los bioquímicos de ETH Zurich han descubierto un mecanismo novedoso que regula la formación de estos orgánulos. Esto ha sentado las bases para una investigación más específica sobre enfermedades como el Alzheimer o la ELA.

Por mucho tiempo, Se pensaba que el contenido de las células era bastante desestructurado y caótico:una mezcla de proteínas, ADN y multitud de pequeñas moléculas metabólicas. Aunque se sabía que importantes procesos celulares en plantas y animales tenían lugar en orgánulos (estructuras más grandes encerradas por una membrana, como el núcleo o las mitocondrias), Solo en los últimos años los científicos han descubierto que existe otro tipo de estructura que juega un papel crítico en la organización de los procesos celulares:los orgánulos sin membrana. Estas diminutas gotas se forman en un proceso autoorganizado que se asemeja a la separación de las gotas de aceite en el agua.

Hoy en día, Existe una gran cantidad de evidencia que sugiere que estos compartimentos son de considerable importancia para la medicina:pueden estar involucrados en el desarrollo de unas 40 enfermedades neurodegenerativas, incluyendo la enfermedad de Alzheimer, La enfermedad de Huntington y la esclerosis lateral amiotrófica (ELA), todas ellas actualmente incurables.

"Los investigadores están descubriendo un número creciente de procesos biológicos que tienen lugar en estos orgánulos, separado del resto del contenido de la celda, "dice Karsten Weis, Catedrático de Bioquímica en ETH Zurich. Ahora, junto con su equipo, Ha investigado el principio que sustenta la formación de orgánulos sin membrana y cómo se regula este proceso.

Proteínas que se adhieren

Para esto, los bioquímicos de ETH analizaron una familia específica de proteínas conocidas como ATPasas de caja DEAD. En todos los tipos de organismos:bacterias, plantas y animales:estas proteínas actúan como una especie de interruptor molecular:una vez que se han unido a la molécula de almacenamiento de energía, el trifosfato de adenosina (ATP), también se unen y transportan ARN, la plantilla copiada del ADN para la producción de proteínas.

En cada organismo, algunas de estas ATPasas de caja MUERTA contienen "brazos" flexibles formados por sólo un pequeño subconjunto del total de 20 aminoácidos. "Esta característica sorprendente apunta a una función especial, "dice Weis. Para empezar, él y su equipo investigaron las ATPasas de la levadura. Modificaron los brazos flexibles utilizando métodos de ingeniería genética y luego analizaron las proteínas tanto en el tubo de ensayo como en las células de levadura vivas. Al hacerlo, se dieron cuenta de que son precisamente estos brazos flexibles los responsables de la formación y regulación de los orgánulos sin membrana.

"Las áreas flexibles son fácilmente solubles en el ambiente acuoso dentro de una celda, "explica Weis". Sin embargo, una vez que se unen una gran cantidad de moléculas de ATPasa, estas partes flexibles hacen que las proteínas se unan entre sí. "Las ATPasas se condensan en grandes grupos, lo que lleva a una separación de fases similar a la del aceite en el agua, y se forman orgánulos celulares sin membrana. Experimentos adicionales con ATPasas DEAD-box de células humanas y bacterianas indicaron a los investigadores que este proceso funciona de manera muy similar en todos los tipos de organismos.

Los orgánulos crean orden

Es más, Las ATPasas no solo aseguran la formación autoorganizada de orgánulos, pero también utilizan la unión de ARN dependiente de ATP para regular el transporte de moléculas de ARN y proteínas en estas estructuras, donde se recogen las moléculas de ARN. Weis y sus colegas creen que es posible que se procesen o descompongan dentro de las estructuras, o simplemente almacenados allí por un tiempo.

En células vivas, los investigadores de ETH incluso han observado cómo el ARN se transporta a través de varios orgánulos sin membrana diferentes. "Esto sugiere que el procesamiento adicional de las moléculas de ARN se lleva a cabo paso a paso en diferentes orgánulos, "dice Weis. Un orgánulo es responsable de un primer paso en el proceso, el otro orgánulo para el siguiente, y así sucesivamente, como trabajar en una línea de producción.

Investigación más específica en el futuro

Sin embargo, los orgánulos sin membrana son susceptibles de fallar. Tiempo extraordinario, pueden transformarse en difuntos, agregados pegajosos:en grupos que ya no son fluidos. "Es este tipo de agregados permanentes en las células los que causan enfermedades neurodegenerativas, "dice Weis. Los hallazgos de su grupo de investigación ahora sugieren que las ATPasas de caja MUERTA ayudan a mantener los orgánulos en un estado fluido, previniendo así la formación de agregados peligrosos.

Ahora que los bioquímicos han entendido cómo se regulan estos orgánulos sin membrana, pueden estudiar el fenómeno de una manera más específica. Por ejemplo, activando y desactivando la actividad de las ATPasas y pueden observar cómo esto afecta a los orgánulos y las células. De este modo, En última instancia, los investigadores de ETH quieren averiguar qué papel juegan los compartimentos sin membrana en el desarrollo de la enfermedad.