El descubrimiento de proteínas de vida extremadamente larga puede proporcionar información sobre el envejecimiento celular y las enfermedades neurodegenerativas

El descubrimiento de proteínas de vida extremadamente larga puede proporcionar información sobre el envejecimiento celular y las enfermedades neurodegenerativas

Investigadores de Salk descubren que el cerebro adulto contiene proteínas que duran toda la vida

LA JOLLA, CA—Uno de los grandes misterios de la biología es por qué envejecen las células. Ahora, los científicos del Instituto Salk de Estudios Biológicos informan que han descubierto una debilidad en un componente de las células cerebrales que puede explicar cómo ocurre el proceso de envejecimiento en el cerebro.

Los científicos descubrieron que ciertas proteínas, llamadas proteínas de vida extremadamente larga (ELLP), que se encuentran en la superficie del núcleo de las neuronas, tienen una vida útil notablemente larga.

Mientras que la vida útil de la mayoría de las proteínas es de dos días o menos, Salk
Los investigadores del instituto identificaron ELLP en el cerebro de rata que eran tan antiguos
como el organismo, un hallazgo que informaron en Ciencia:.

Los científicos de Salk son los primeros en descubrir una máquina intracelular esencial cuyos componentes incluyen proteínas de esta era. Sus resultados sugieren que las proteínas duran toda la vida, sin ser reemplazadas.

Los ELLP constituyen los canales de transporte en la superficie del núcleo; puertas que controlan qué materiales entran y salen. Su larga vida útil podría ser una ventaja si no fuera por el desgaste que experimentan estas proteínas con el tiempo. A diferencia de otras proteínas en el cuerpo, las ELLP no se reemplazan cuando incurren en modificaciones químicas aberrantes y otros daños.

El daño a las ELLP debilita la capacidad de los canales de transporte tridimensionales que están compuestos por estas proteínas para proteger el núcleo de la célula de las toxinas, dice Martín Hetzer, profesor en Salk's Laboratorio de Biología Molecular y Celular, quien dirigió la investigación. Estas toxinas pueden alterar el ADN de la célula y, por lo tanto, la actividad de los genes, dando como resultado el envejecimiento celular.

Financiado por el Fundación Médica Ellison y del Fundación Glenn para la Investigación Médica, el grupo de investigación de Hetzer es el único laboratorio en el mundo que está investigando el papel de estos canales de transporte, llamado complejo de poro nuclear (NPC), en el proceso de envejecimiento.

Esta imagen de microscopio muestra proteínas de vida extremadamente larga, o ELLP, que brillan en verde en el exterior del núcleo de una célula cerebral de rata. El ADN dentro del núcleo se representa en azul.

Los científicos de Salk descubrieron que las ELLP, que forman canales a través de la pared del núcleo, duraron más de un año sin ser reemplazadas. El deterioro de estas proteínas puede permitir que las toxinas ingresen al núcleo, lo que resulta en el envejecimiento celular.

Imagen: Cortesía de Brandon Toyama, Instituto Salk de Estudios Biológicos

Estudios previos han revelado que las alteraciones en la expresión génica son la base del proceso de envejecimiento. Pero, hasta que el laboratorio de Hetzer descubrió que los NPC de los mamíferos poseen un talón de Aquiles que permite que las toxinas que dañan el ADN ingresen al núcleo, la comunidad científica ha tenido pocas pistas sólidas sobre cómo ocurren estas alteraciones genéticas.

“La característica definitoria fundamental del envejecimiento es una disminución general de la capacidad funcional de varios órganos, como el corazón y el cerebro”, dice Hetzer. “Esta disminución resulta del deterioro de la homeostasis, o estabilidad interna, dentro de las células constituyentes de esos órganos. Investigaciones recientes en varios laboratorios han relacionado la descomposición de la homeostasis de las proteínas con la disminución de la función celular”.

Los resultados que Hetzer y su equipo informan hoy sugieren que la disminución de la función neuronal puede originarse en ELLP que se deterioran como resultado del daño a lo largo del tiempo.

“La mayoría de las células, pero no las neuronas, combaten el deterioro funcional de sus componentes proteicos a través del proceso de renovación de proteínas, en el que las partes potencialmente dañadas de las proteínas se reemplazan con nuevas copias funcionales”, dice Hetzer.

“Nuestros resultados también sugieren que el deterioro de los poros nucleares podría ser un mecanismo general de envejecimiento que conduce a defectos relacionados con la edad en la función nuclear, como la pérdida de programas de expresión génica juvenil”, añade.

Los hallazgos pueden resultar relevantes para comprender los orígenes moleculares del envejecimiento y trastornos neurodegenerativos como la enfermedad de Alzheimer y la enfermedad de Parkinson.

En estudios previos, Hetzer y su equipo descubrieron grandes filamentos en los núcleos de las neuronas de ratones y ratas viejos, cuyo origen rastrearon hasta el citoplasma. Dichos filamentos se han relacionado con varios trastornos neurológicos, incluida la enfermedad de Parkinson. Aún no se ha determinado si las moléculas fuera de lugar son la causa o el resultado de la enfermedad.

También en estudios anteriores, Hetzer y su equipo documentaron disminuciones dependientes de la edad en el funcionamiento de los NPC en las neuronas de ratas sanas que envejecen, que son modelos de laboratorio de biología humana.

El equipo de Hetzer incluye a sus colegas del Instituto Salk, así como a John Yates III, profesor del Departamento de Fisiología Química del Instituto de Investigación Scripps. Los coautores del estudio fueron Brandon H. Toyama, investigador postdoctoral en el laboratorio de Hetzer, y Jeffrey N. Savas, investigador postdoctoral en el laboratorio de Yates.

Cuando Hetzer decidió hace tres años investigar si el NPC juega un papel en iniciar o contribuir al inicio del envejecimiento y ciertas enfermedades neurodegenerativas, algunos miembros de la comunidad científica le advirtieron que tal estudio era demasiado audaz y sería difícil y costoso de realizar. conducta. Pero Hetzer estaba decidido a pesar de las advertencias.

Agrega que sin la financiación de la fundación, el estudio no habría progresado hasta el punto de que sus hallazgos se publiquen en una revista líder.

Sobre el Instituto Salk de Estudios Biológicos:

El Instituto Salk de Estudios Biológicos es una de las instituciones de investigación básica más importantes del mundo, donde profesores de renombre internacional investigan cuestiones fundamentales de las ciencias de la vida en un entorno único, colaborativo y creativo. Centrados tanto en el descubrimiento como en la orientación de futuras generaciones de investigadores, los científicos de Salk realizan contribuciones innovadoras a nuestra comprensión del cáncer, el envejecimiento, el Alzheimer, la diabetes y las enfermedades infecciosas mediante el estudio de la neurociencia, la genética, la biología celular y vegetal y disciplinas relacionadas.

Los logros de la facultad han sido reconocidos con numerosos honores, incluidos premios Nobel y membresías en la Academia Nacional de Ciencias. Fundado en 1960 por el pionero de la vacuna contra la polio Jonas Salk, MD, el Instituto es una organización independiente sin fines de lucro y un hito arquitectónico.

Para más información:
Ciencia:
Autores: Jeffrey N. Savas, Brandon H. Toyama, Tao Xu, John R. Yates y Martin W. Hetzer
Proteínas de poro nuclear de vida extremadamente larga en el cerebro de rata