El descubrimiento de proteínas de vida extremadamente larga podría ofrecer información sobre el envejecimiento celular y las enfermedades neurodegenerativas.

El descubrimiento de proteínas de vida extremadamente larga podría ofrecer 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 las células envejecen. Ahora, científicos del Instituto Salk de Estudios Biológicos informan que han descubierto una debilidad en un componente de las células cerebrales que podría explicar cómo ocurre el proceso de envejecimiento en el cerebro.

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

Si bien la vida útil de la mayoría de las proteínas no supera los dos días, las del Salk
Investigadores del instituto identificaron ELLPs en el cerebro de ratas que tenían la misma antigüedad
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 edad. Sus resultados sugieren que las proteínas duran toda la vida, sin ser reemplazadas.

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

El daño a las ELLP debilita la capacidad de los canales de transporte tridimensionales que componen estas proteínas para proteger el núcleo de la célula de toxinas, dice Martín Hetzer, profesor del Instituto Salk Laboratorio de Biología Molecular y Celular, quien encabezó la investigación. Estas toxinas pueden alterar el ADN de la célula y, por ende, la actividad de los genes, lo que resulta en el envejecimiento celular.

Financiado por Fundación Médica Ellison y el Fundación Glenn para la Investigación Médica, el grupo de investigación de Hetzer es el único laboratorio en el mundo que investiga el papel de estos canales de transporte, llamados complejo de poros nucleares (NPC), en el proceso de envejecimiento.

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

Los científicos de Salk descubrieron que las ELLPs, 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 entren en el núcleo, lo que resulta en el envejecimiento celular.

Imagen: Cortesía de Brandon Toyama, Salk Institute for Biological Studies

Estudios previos han revelado que las alteraciones en la expresión génica subyacen al proceso de envejecimiento. Sin embargo, hasta el descubrimiento del laboratorio Hetzer de que las CPNs de los mamíferos poseen un talón de Aquiles que permite la entrada de toxinas que dañan el ADN 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 en 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 que componen esos órganos. Investigaciones recientes en varios laboratorios han relacionado la desintegración de la homeostasis proteica con la disminución de la función celular”.”

Los resultados que Hetzer y su equipo reportan hoy sugieren que la disminución de la función neuronal puede originarse en los ELLP que se deterioran como resultado de daños 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 recambio de proteínas, en el cual las partes potencialmente afectadas de las proteínas se reemplazan con copias funcionales nuevas”, afirma 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 juveniles”, agrega.

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

En estudios anteriores, Hetzer y su equipo descubrieron grandes filamentos en los núcleos de las neuronas de ratones y ratas viejas, cuyos orígenes rastrearon hasta el citoplasma. Estos filamentos se han relacionado con varios trastornos neurológicos, incluida la enfermedad de Parkinson. Aún no se ha determinado si las moléculas mal ubicadas son una causa o una consecuencia de la enfermedad.

Asimismo, en estudios anteriores, Hetzer y su equipo documentaron una disminución, relacionada con la edad, en el funcionamiento de las NPC en las neuronas de ratas sanas de edad avanzada, que constituyen modelos de laboratorio de la biología humana.

El equipo de Hetzer incluye a sus colegas del Instituto Salk, así como a John Yates III, profesor en el Departamento de Fisiología Química del Instituto de Investigación Scripps. Los co-primeros autores 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 llevar a cabo. Pero Hetzer estaba decidido a pesar de las advertencias.

Él añade que sin la financiación de la fundación, el estudio no habría avanzado al punto de que sus hallazgos se publiquen en una revista líder.

Acerca del Instituto Salk de Estudios Biológicos:

El Instituto Salk de Estudios Biológicos es una de las instituciones de investigación básica más destacadas del mundo, donde un cuerpo docente de prestigio internacional investiga cuestiones fundamentales de las ciencias de la vida en un entorno único, colaborativo y creativo. Centrados tanto en el descubrimiento como en la formación de las futuras generaciones de investigadores, los científicos del Salk realizan contribuciones revolucionarias 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 otras disciplinas relacionadas.

Los logros del cuerpo docente han sido reconocidos con numerosos galardones, entre los que se incluyen premios Nobel y la pertenencia a la Academia Nacional de Ciencias. Fundado en 1960 por el Dr. Jonas Salk, pionero en la vacuna contra la poliomielitis, 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 los poros nucleares de vida extremadamente larga en el cerebro de la rata