El 'eslabón más débil' en el proteoma del envejecimiento

El 'eslabón más débil' en el proteoma del envejecimiento

Los hallazgos de Salk y TSRI sobre proteínas de larga vida pueden conducir a una mejor comprensión de la base molecular del envejecimiento

LA JOLLA, CA—Las proteínas son los actores principales en las células y llevan a cabo las funciones especificadas por la información codificada en nuestros genes. La mayoría de las proteínas viven solo dos días o menos, lo que garantiza que las dañadas por las inevitables modificaciones químicas se reemplacen con nuevas copias funcionales.

En un nuevo estudio publicado el 29 de agosto de 2013 en Celular, un equipo dirigido por investigadores del Instituto Salk de Estudios Biológicos y El Instituto de Investigación Scripps (TSRI) ahora han identificado un pequeño subconjunto de proteínas en el cerebro que persisten por más tiempo, incluso más de un año, sin ser reemplazadas. Estas proteínas de larga vida tienen vidas significativamente más largas que la proteína típica, y su identificación puede ser relevante para comprender la base molecular del envejecimiento.

Esta imagen de súper resolución muestra el núcleo de una célula del cerebro de una rata. Cada punto rojo es un complejo de poros nucleares individuales, estructuras celulares que se encuentran en la envoltura que rodea el núcleo, que son cruciales para las comunicaciones entre el núcleo y el resto de la célula. Los científicos de Salk estudiaron proteínas de vida prolongada que sirven como componentes estructurales importantes de estos complejos.

Cortesía de Brandon Toyama, Centro de Biofotónica Avanzada de Waitt

“La longevidad de las proteínas puede ser un importante contribuyente al envejecimiento celular”, dice Martín Hetzer, profesor en Salk's Laboratorio de Biología Molecular y Celular y titular de la Cátedra de la Fundación Jesse y Caryl Philips, quien fue autor principal del estudio con el profesor de TSRI John Yates. "La simple identificación de todas las proteínas de larga vida nos permite centrar nuestros estudios en estas proteínas específicas, que pueden ser el eslabón más débil en el proteoma envejecido".

El estudio proporciona la primera identificación integral e imparcial del proteoma de larga vida, el conjunto completo de proteínas expresadas por un genoma en un conjunto determinado de condiciones ambientales. En un estudio publicado en Ciencia: el año pasado, Hetzer y sus colegas identificaron proteínas de larga vida en una ubicación subcelular, a saber, el núcleo.

El nuevo estudio toma la Ciencia: Los hallazgos van un paso más allá al proporcionar una identificación de todo el sistema de proteínas con una vida útil prolongada en el cerebro de rata, un modelo de laboratorio de biología humana. Los científicos descubrieron que las proteínas de larga vida incluían aquellas involucradas en la expresión génica, la comunicación de las células neuronales y los procesos enzimáticos, así como miembros del complejo de poros nucleares (NPC), que es responsable de todo el tráfico hacia y desde el núcleo.

Además, descubrieron que el NPC experimenta una rotación lenta pero finita a través del intercambio de subcomplejos más pequeños, no de NPC completos, lo que puede ayudar a eliminar la acumulación inevitable de componentes dañados.

Desde la izquierda: los científicos de Salk Martin Hetzer y Brandon Toyama

Imagen: Cortesía del Instituto Salk de Estudios Biológicos

“Esto se puede considerar similar al mantenimiento de un automóvil, donde no se reemplaza todo el automóvil, solo los componentes que se han averiado”, dice el autor principal del estudio, Brandon Toyama, becario postdoctoral en el laboratorio de Hetzer.

Hetzer y sus colegas encontraron previamente que el deterioro de NPC podría ser un mecanismo general de envejecimiento que conduce a defectos relacionados con la edad en la función nuclear. Otros laboratorios han relacionado la homeostasis de las proteínas, o la estabilidad interna, con la disminución de la función celular y, por lo tanto, con la enfermedad. Los nuevos hallazgos revelan componentes celulares que tienen un mayor riesgo de acumulación de daños, lo que vincula la persistencia de proteínas a largo plazo con el proceso de envejecimiento celular.

“Ahora que hemos identificado estas proteínas de larga vida, podemos comenzar a examinar cómo pueden verse afectadas por el envejecimiento y qué hace la célula para compensar el daño inevitable”, dice Toyama.

El equipo de Hetzer ahora está identificando objetivos que están involucrados en el envejecimiento y posibles vías para abordar esto. “Estamos empezando a pensar en cómo recuperar la funcionalidad de esa versión más joven de la proteína”, dice.

Otros investigadores del estudio fueron Jeffery N. Savas, Sung Kyu Park y John R. Yates de TSRI y Michael S. Harris y Nicholas T. Ingolia del Carnegie Institute for Science.

El trabajo fue apoyado por el Los Institutos Nacionales de Salud, la Fundación Hewitt, la Fundación Glenn para la Investigación Médica, el Asociación Americana de Cáncer, el Fundación Médica Ellison, y la Programa de Becarios Searle.

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.