Tanto las células animales como las vegetales dependen de la autofagia en la que se elimina el material celular dañado o superfluo. La degradación de los sustratos la realizan las proteínas. En los animales tiene lugar en un orgánulo celular llamado lisosoma y en plantas y levaduras en la vacuola. Inicialmente, las proteínas de degradación no se encuentran en la vacuola ni en el lisosoma; bastante, deben ser transportados por receptores de transporte en pequeñas vesículas a su sitio de acción.

El equipo del grupo de investigación de Bioquímica del Transporte Intracelular de la Ruhr-Universität Bochum (RUB), encabezada por el Dr. Harald Platta, ha demostrado con éxito lo indispensable que es el receptor de transporte Vps10 para el proceso.

En un segundo estudio, los investigadores analizaron la proteína Vac8, que regula la fusión de vesículas pequeñas y grandes con la membrana de la vacuola para que la carga respectiva pueda liberarse al interior de la vacuola.

Los resultados se publicaron en junio y julio de 2019 en la Informes científicos y Celda revistas.

Indispensable para la degradación de sustratos complejos

Los investigadores demostraron que el receptor de transporte Vps10, que en plantas y levaduras dirige la proteína de degradación Pro-Pep4 desde el retículo endoplásmico a la vacuola, no es solo uno de varios receptores intercambiables. "Bastante, Vps10 contribuye significativamente a la actividad de la vacuola durante la degradación de los propios componentes de la célula al transportar eficazmente Pro-Pep4, "dice Harald Platta.

Sin Vps10, cuya contraparte en las células humanas se llama sortilina, Pro-Pep4 no puede transportarse eficientemente a la vacuola y activarse a Pep4, que se llama catepsina D en humanos.

Si bien la degradación de las pequeñas proteínas y ribosomas ocasionales en la vacuola todavía es posible sin Vps10, Resultó que la degradación de sustratos complejos, como peroxisomas o mitocondrias, ya no puede tener lugar de manera efectiva sin Vps10 y está asociado con un mal funcionamiento y, por lo tanto, con una maduración ineficiente de Pro-Pep4.

Consecuencias de largo alcance

"Los hallazgos de este estudio también son relevantes para preguntas de seguimiento, "explica Platta". Pep4 determina, por ejemplo, la toxicidad de varios hongos que son dañinos para las plantas. Es más, Pep4 protege las células de levadura de la formación espontánea de priones, es decir, partículas de proteínas nocivas específicas, mientras que la pérdida de actividad de Pep4 resulta en una vida útil más corta. En mamíferos, una deficiencia del homólogo maduro de Pep4 catepsina D conduce a trastornos neurodegenerativos. Y el mal funcionamiento de la pro-catepsina D se ha observado en varias formas de cáncer ".

Las vesículas y las membranas de las vacuolas deben fusionarse entre sí

El segundo estudio analizó la proteína Vac8, que está estrechamente relacionado con las proteínas de mamíferos placoglobina, un supresor de tumores, y catenina. Mientras que los últimos median los contactos célula-célula en la membrana plasmática, Vac8 regula la fusión de las membranas de las vesículas de transporte con la membrana vacuolar dentro de la célula. Estas son vesículas pequeñas que contienen proteínas de degradación o vesículas grandes cargadas con los sustratos que se van a degradar.

Al contrario de lo que podría suponerse, la fusión de las membranas no parece tener lugar uniéndose a otras proteínas, pero, como han demostrado los investigadores, a través de la coordinación de lípidos. "En el transcurso del estudio, pudimos demostrar que la actividad de fusión y degradación de la vacuola en células deficientes en Vac8 podría regenerarse mediante la adición experimental de los bloques de construcción de lípidos de la membrana ácido oleico y glicerol, "dice Harald Platta. Según los investigadores, esta es la razón por la que Vac8 juega un papel crucial en la degradación autofágica de todos los sustratos probados:proteínas citosólicas, ribosomas y peroxisomas.

Como consecuencia, Vac8 parece no solo actuar como una simple molécula adaptadora entre dos membranas, pero también puede definir la composición de los lípidos circundantes para preparar el contacto entre las dos membranas. "Esto plantea nuevas e interesantes preguntas sobre la identidad de los tipos de lípidos implicados, "como Harald Platta describe las posibles preguntas de investigación futuras.