Nuevas herramientas matemáticas que revelan la rapidez con la que se descomponen las proteínas celulares están preparadas para revelar conocimientos más profundos sobre cómo envejecemos, según un artículo publicado recientemente en coautoría de un investigador del estado de Mississippi y sus colegas de la Facultad de Medicina de Harvard y la Universidad de Cambridge. P>

Galen Collins, profesor asistente en el Departamento de Bioquímica, Biología Molecular, Entomología y Patología Vegetal de MSU, es coautor del artículo publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences en abril.

"Ya entendemos la rapidez con la que se producen las proteínas, lo que puede ocurrir en cuestión de minutos", dijo Collins, quien también es científico en la Estación Experimental Agrícola y Forestal de Mississippi. "Hasta ahora, no entendíamos muy bien cuánto tiempo tardan en descomponerse".

El artículo sobre matemáticas aplicadas, "Determinación de la entropía máxima de la dinámica del proteoma de mamíferos", presenta las nuevas herramientas que cuantifican las tasas de degradación de las proteínas celulares (la rapidez con la que se descomponen), ayudándonos a comprender cómo crecen y mueren las células y cómo envejecemos. Las proteínas (moléculas complejas formadas a partir de varias combinaciones de aminoácidos) llevan la mayor parte de la carga de trabajo dentro de una célula, proporcionando su estructura, respondiendo a mensajes provenientes del exterior de la célula y eliminando los desechos.

Los resultados demostraron que no todas las proteínas se degradan al mismo ritmo, sino que caen en una de tres categorías, descomponiéndose en el transcurso de minutos, horas o días. Si bien investigaciones anteriores han examinado la descomposición de las proteínas celulares, este estudio fue el primero en cuantificar matemáticamente las tasas de degradación de todas las moléculas de proteínas celulares, utilizando una técnica llamada entropía máxima.

"Para ciertos tipos de preguntas científicas, los experimentos a menudo pueden revelar infinitas respuestas posibles; sin embargo, no todas son igualmente plausibles", dijo el autor principal Alexander Dear, investigador en matemáticas aplicadas en la Universidad de Harvard.

"El principio de máxima entropía es una ley matemática que nos muestra cómo calcular con precisión la plausibilidad de cada respuesta (su 'entropía') para que podamos elegir la más probable".

"Este tipo de matemáticas es como una cámara que enfoca la matrícula desde lejos y calcula cuáles deberían ser los números", dijo Collins. "La entropía máxima nos da una imagen clara y precisa de cómo se produce la degradación de las proteínas en las células."

Además, el equipo utilizó estas herramientas para estudiar algunas implicaciones específicas de la degradación de proteínas para humanos y animales. Por un lado, examinaron cómo esas tasas cambian a medida que los músculos se desarrollan y se adaptan al hambre.

"Descubrimos que la inanición tenía el mayor impacto en el grupo intermedio de proteínas de las células musculares, que tienen una vida media de unas pocas horas, lo que provoca que la descomposición cambie y se acelere", dijo Collins. "Este descubrimiento podría tener implicaciones para los pacientes con cáncer que experimentan caquexia o atrofia muscular debido a la enfermedad y sus tratamientos".

También exploraron cómo un cambio en la descomposición de ciertas proteínas celulares contribuye a las enfermedades neurodegenerativas.

"Estas enfermedades ocurren cuando las proteínas de desecho, que generalmente se descomponen rápidamente, viven más de lo que deberían", dijo Collins. "El cerebro se vuelve como el dormitorio de un adolescente, acumula basura y, cuando no la limpias, se vuelve inhabitable."

Dear afirmó que el valor del estudio radica no sólo en lo que reveló sobre la degeneración de las proteínas celulares, sino también en brindar a los científicos un nuevo método para investigar la actividad celular con precisión.

"Nuestro trabajo proporciona un nuevo y poderoso método experimental para cuantificar el metabolismo de las proteínas en las células", dijo. "Su simplicidad y rapidez lo hacen particularmente adecuado para estudiar cambios metabólicos."

Más información: Alexander J. Dear et al, Determinación de la entropía máxima de la dinámica del proteoma de mamíferos, Actas de la Academia Nacional de Ciencias (2024). DOI:10.1073/pnas.2313107121

Información de la revista: Actas de la Academia Nacional de Ciencias

Proporcionado por la Universidad Estatal de Mississippi