Científicos sevillanos descubren un mecanismo celular que abre una puerta para conocer las causas del cáncer y el alzheimer La investigación, que ha sido publicada en la prestigiosa revista 'Science Advances', resuelve uno de los enigmas de la biología básica que aún no tenía respuesta
MARÍA ÁNGELES GUZMÁN

Un equipo internacional de científicos, coordinado por el Instituto de Biomedicina de Sevilla – IBiS, los Hospitales Universitarios Virgen del Rocío y Macarena, el CSIC y la Universidad de Sevilla, ha solucionado uno de los enigmas de la biología básica que aún no tenía respuesta: cómo los lípidos distribuyen exactamente las proteínas dentro de una célula. Para ello, han empleado un microscopio de super-resolución, una técnica completamente innovadora, que han aplicado a células “mutantes” diseñadas por ellos mismos en su laboratorio.

Este descubrimiento, que publica la prestigiosa revista Science Advancessupone un gran avance para entender cómo se distribuyen las proteínas en la célula para realizar sus funciones vitales y, por tanto, podría abrir la puerta a conocer las causas de enfermedades asociadas con fallos en la distribución de proteínas a nivel celular: desde el cáncer hasta enfermedades neurodegenerativas, como el alzheimer.

Científicos sevillanos descubren un mecanismo celular que abre un nuevo enfoque para conocer las causas del cáncer y el alzheimer
Visión general de una célula obtenida con el microscopio de super-resolución en la que se observan diferentes proteínas (colores azul y verde) accediendo a distintas puertas de salida (color rojo). Los lípidos largos dirigen a ciertas proteínas (color verde) hacia puertas de salida específicas.

Investigar en Japón con el mejor ‘supermicroscopio’

El trabajo ha sido realizado por el grupo de investigación ‘Tráfico de membranas’ del departamento de Biología Celular de la Facultad de Biología de la Universidad de Sevilla y del IBiS, que dirige el profesor Manuel Muñiz Guinea, en colaboración con las universidades de Hiroshima (Japón), Ginebra y Friburgo (Suiza). En el mismo ha participado, además, el Riken National Science Institute de Japón, la institución científica más importante de dicho país, donde se encuentra el Laboratorio de Microscopía de super-resolución en célula viva. En esta instalación, única en el mundo, se han llevado a cabo los análisis utilizando un microscopio de fluorescencia con una gran resolución que permite estudiar procesos muy rápidos y dinámicos en la célula viva a una escala increíblemente pequeña.

Científicos sevillanos descubren un mecanismo celular que abre un nuevo enfoque para conocer las causas del cáncer y el alzheimer
Los primeros autores del trabajo, Sofía Rodríguez y Kazuo Kurokawa, junto al microscopio de super-resolución en el Instituto Riken de Japón.

Como explica Manuel Muñiz, “la célula es la unidad básica de la vida y, a su vez, una máquina extremadamente compleja y sofisticada en la que miles de proteínas, entre otros componentes, se ubican estratégicamente en diferentes compartimentos donde llevan a cabo las funciones celulares”. La célula debe asegurar que sus proteínas se distribuyan correctamente hacia su lugar de funcionamiento. Si esto falla y no alcanzan su destino, las proteínas o dejan de funcionar o se descontrolan, provocando enfermedades que van desde síndromes genéticos hasta cáncer o enfermedades neurológicas. Por tanto, es importante investigar cómo las proteínas son distribuidas hacia su destino funcional.

Hace muchos años se había propuesto que, además de la maquinaria convencional de transporte de proteínas de la célula (cuyo descubrimiento recibió el Premio Nobel de Medicina el año 2013), los lípidos que componen las membranas celulares también podrían jugar un papel adicional en la distribución. Este trabajo de los investigadores sevillanos solventa este enigma de la biología básica, demostrando por primera vez cómo los lípidos son capaces de distribuir a las proteínas a nivel celular.

Diseño de células «mutantes»

Las proteínas son fabricadas en un compartimento de la célula y luego tienen que distribuirse de forma correcta saliendo por unas “puertas” específicas. En este trabajo, los científicos sevillanos han descubierto que los lípidos de membrana son los encargados de seleccionar y dirigir a ciertas proteínas hacia las puertas de salida correctas.

Para ello, han diseñado una célula «mutante» que fue programada para fabricar una versión acortada de unos lípidos celulares denominados ceramidas.  Los autores sospechaban que la longitud de estos lípidos podría ser determinante para la elección de la puerta de salida adecuada.

“Y efectivamente, así ha sido», explica el investigador del IBiS. «Gracias a estas ceramidas cortas generadas por nosotros, hemos podido demostrar por primera vez que los lípidos son capaces de guiar a las proteínas durante su transporte solo si tienen la longitud adecuada. Además, el uso de un ‘supermicroscopio’ tan potente como el que hemos empleado nos ha permitido captar también por primera vez a una escala ultra pequeña y en vivo cómo las proteínas salen por estas puertas moleculares”, añade.

Científicos sevillanos descubren un mecanismo celular que abre un nuevo enfoque para conocer las causas del cáncer y el alzheimer
El ‘supermicroscopio’ permite observar a una proteína (color verde) dirigiéndose a una puerta molecular (color rojo) y atravesándola para salir (color amarillo). Gracias a esta innovadora técnica, se ha podido demostrar por primera vez cómo los lípidos seleccionan y dirigen a ciertas proteínas hacia las puertas de salida adecuadas.

Modelo de levadura

Como curiosidad, este estudio se ha realizado utilizando células de levadura (el mismo hongo unicelular que se utiliza para hacer pan, cerveza y vino) como organismo modelo, “ya que, al ser células eucariotas como las nuestras, realizan los mismos procesos celulares básicos de forma muy parecida, por lo que las observaciones se pueden extrapolar a células humanas”, explica el profesor de la Universidad de Sevilla.

Sin embargo, al ser también más simple y poderse manipular genéticamente con gran efectividad, “las células de levadura son un modelo fabuloso para entender el funcionamiento a nivel fundamental de la célula humana y qué produce las enfermedades, como lo demuestra el hecho de que se hayan concedido varios Premios Nobel de Medicina a investigadores que usaron este microorganismo en sus estudios, como Paul Nurse o Randy Schekman”.

Como conclusión, Manuel Muñiz explica que este artículo publicado en Science Advances “también ha servido para demostrar que los lípidos y proteínas se influyen mutuamente para autoorganizarse conjuntamente dentro de la célula”, y apunta que el mecanismo que han descubierto por el que lo hacen “podría ser utilizado en otros procesos como la entrada y salida de ciertos virus de la célula, así como en la formación de los exosomas (vesículas lipídicas extracelulares que intervienen en la comunicación entre células y tienen una gran implicación, especialmente en cáncer)”.

El IBiS, un centro científico de referencia

Desde el año 2006, el Instituto de Biomedicina de Sevilla (IBiS) busca potenciar la investigación biomédica en España, convirtiéndose desde su nacimiento en un centro de referencia nacional e internacional en dicho campo. Los más de 300 investigadores que lo conforman estudian las causas que originan las enfermedades más comunes en la población. Además, trabajan en el desarrollo de nuevos métodos de diagnóstico y tratamiento para las mismas. Alzheimer, Párkinson, enfermedad de Tourette o cáncer son algunos de sus retos.

A su vez, el IBiS pretende acercar los descubrimientos científicos obtenidos en los laboratorios a la realidad clínica de la forma más rápida posible, de ahí su inmejorable ubicación dentro del complejo que alberga el Hospital Universitario Virgen del Rocío, el mayor centro sanitario de Andalucía. Cada año, el instituto publica en torno a 600 publicaciones científicas con los avances conseguidos en sus distintas líneas de estudio.

Fundado por José López Barneo, y dirigido actualmente por Rafael Fernández Chacón, el IBiS está formado por 42 grupos consolidados y 37 grupos adscritos dirigidos por investigadores de la Universidad de Sevilla, el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y los Hospitales Universitarios Virgen del Rocío y Virgen Macarena. Se organiza en torno a cinco áreas temáticas: Enfermedades Infecciosas y del Sistema Inmunitario, Neurociencias, Oncohematología y Genética, Patología Cardiovascular, Respiratoria / Otras Patologías Sistémicas; y Enfermedades Hepáticas, Digestivas e Inflamatorias.

El IBiS está situado dentro del complejo que alberga el Hospital Universitario Virgen del Rocío, el mayor centro sanitario de Andalucía.

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